Was ist PET-Depolymerisation?
PET-Depolymerisation - auch chemisches Recycling oder molekulares Recycling genannt - ist die Behandlung von Polyesterterephthalat-Abfällen (PET) mit einer chemischen Reaktion und mäßiger Hitze, um chemische Vorstufen (Monomere) von PET zu erzeugen. Es ist die vielversprechendste End-of-Life-Lösung für verunreinigte PET-Abfallströme und wird entscheidend sein, um die Vielzahl der bevorstehenden Anforderungen an den Recyclinganteil für PET-Getränkeflaschen zu erfüllen.
Hintergrund:
Führende Entwickler von PET-Depolymerisationsverfahren haben einen nennenswerten Demonstrationsmaßstab erreicht, doch die Verfügbarkeit von PET-Abfällen geringer Qualität schränkt die kommerzielle Rentabilität ein; die derzeitigen Bemühungen konzentrieren sich in erster Linie auf die Ausweitung der Palette potenzieller Abfallrohstoffe. Der Erfolg der Entwicklung von Versorgungsketten für minderwertige PET-Abfälle wird darüber entscheiden, wie die Technologie vermarktet wird - durch Multiplikationseffekte oder Skaleneffekte - und wer sie besitzt - Konzernpolymerhersteller oder kleine bis mittlere Unternehmen (KMU) und traditionelle Abfallentsorgungsunternehmen.
Bei den Entwicklern von PET-Depolymerisationsverfahren gibt es große Unterschiede in der Art der chemischen Reaktion und kleinere Unterschiede in der Art der Beschleunigung dieser Reaktion. Auf der Grundlage der Art der verwendeten chemischen Reaktion unterteilen wir die PET-Depolymerisationslandschaft in drei Kategorien: Hydrolyse, Methanolyse und Glykolyse. Die Teilnehmer verteilen sich über den gesamten Globus (Amerika, EMEA und Asien-Pazifik) und bestehen hauptsächlich aus KMU und Forschungsinstituten, auch wenn sich Unternehmen sowohl durch interne Technologieentwicklungen als auch durch Joint Ventures immer stärker engagieren.
Um einen umfassenden Überblick über diese Landschaft zu geben, haben wir neben unserer bestehenden Berichterstattung verschiedene Lux-Daten-Tools genutzt, um eine Liste relevanter Organisationen zusammenzustellen. Diese Informationen dienen dazu, Schlüsseltrends zu definieren und Chancen für diejenigen zu identifizieren, die sich auf dem Markt engagieren und einsteigen wollen.
Amerika und Emea dominieren die Aktivitäten von Unternehmen und KMU, aber in der Region Apac wächst der Anteil der Forschungsinstitute.
Vor einem Jahrzehnt war die PET-Depolymerisation im asiatisch-pazifischen Raum (vor allem in China) am populärsten, wobei Entwickler wie Toray, M&G Chemicals und Zhejiang Jiaren New Materials beteiligt waren; Rückschläge aufgrund der geringen Toleranz gegenüber Verunreinigungen und der Entstehung von Abfall verhinderten jedoch den Erfolg. Heute finden die meisten Kommerzialisierungsbemühungen in Nord-, Mittel- und Südamerika sowie in der EMEA-Region statt, obwohl die Forschung im asiatisch-pazifischen Raum, insbesondere im Bereich der hydrolysebasierten Verfahren, in den letzten Jahren stark zugenommen hat. Der größte Teil dieser Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung und Verbesserung der Funktionalität von Katalysatoren. Während die Hydrolyse dank der Bemühungen im asiatisch-pazifischen Raum die gesamte Forschungstätigkeit dominiert, sind die Vermarktungsbemühungen relativ gleichmäßig auf die drei Technologieansätze verteilt.
Der Schwerpunkt der Entwicklung hat sich auf die Erweiterung des Spektrums an brauchbaren Abfallrohstoffen verlagert, um großtechnische Betriebe zu unterstützen.
Führende Entwickler der PET-Depolymerisation haben gezeigt, dass die Technologie stark verunreinigte PET-Abfälle in relativ kurzer Zeit (weniger als sechs Stunden) verarbeiten und dabei hochreine Monomere produzieren kann, waren jedoch auf Nischenquellen für PET-Abfälle geringer Qualität wie Polyester-Teppichbodenabfälle angewiesen, um das Verfahren zu versorgen. Für 2019 wurde in der Branche erwartet, dass sich die PET-Depolymerisation weiterhin auf eine kurze Liste lokal verfügbarer Abfallströme stützen würde, was eher zu einer dezentralen als zu einer groß angelegten Expansion führen würde. Jüngste Aktivitäten deuten jedoch darauf hin, dass die PET-Depolymerisation in der Lage sein könnte, Verpackungs- und (noch wichtiger) Textilabfälle zu nutzen, was einen Betrieb von mehr als 100.000 Tonnen pro Jahr ermöglichen würde. Das Hindernis für die Verwendung von Textilabfällen ist die Verunreinigung mit Polykondensat (Nylon), einem der einzigen Materialien, das die PET-Depolymerisation stören kann und das bei der manuellen Sortierung extrem schwer zu identifizieren ist. Obwohl es technisch möglich ist, ein Verfahren wie das von Ioniqa zu entwickeln, das eine große Menge an Polykondensatverunreinigungen aufnehmen kann, werden sich die meisten Entwickler auf ein fortschrittliches Vorbehandlungsverfahren verlassen, bei dem wahrscheinlich automatische Sortieranlagen eingesetzt werden.
Wenn ein Betrieb im kommerziellen Maßstab möglich ist, wird sich die Entwicklung in Richtung eines Konzepts mit Größenvorteilen verlagern.
Wenn die bevorstehenden Expansionen von mehr als 100.000 Tonnen pro Jahr erfolgreich sind, werden wir wahrscheinlich erleben, dass große Unternehmen mit synergetischen nachgelagerten Anlagen (PET-Hersteller) beginnen, PET-Depolymerisationstechnologien durch Lizenz- und Joint-Venture-Vereinbarungen zu erwerben und den Scale-up zu dominieren. Indem sie ihre überlegenen Aktiva nutzen, um schnell zu expandieren, werden sie die KMUs, die das "Build, Own, Operate"-Geschäft verfolgen, ausstechen und sie zwingen, ihre Strategien zu ändern - eine ähnliche Dynamik, wie sie derzeit bei der Kunststoffpyrolyse zu beobachten ist. Wenn dies der Fall ist, werden diese Unternehmen nach Standorten suchen, die Zugang zu PET-Abfällen von geringer Qualität (oder ein starkes Transportnetz), bestehende PET-Produktionsanlagen, die auf die Depolymerisationsprodukte abgestimmt sind, und eine starke Unterstützung durch die lokale Regierung bieten.
Hydrolyse:
Bei der Hydrolyse, der früher am weitesten verbreiteten Depolymerisationsmethode, werden Natriumhydroxid und Wasser verwendet, um eine Redoxreaktion in PET auszulösen, die es in die Monomere Terephthalsäure (TPA) und (Mono)ethylenglykol (MEG) spaltet. TPA und MEG sind die gebräuchlichsten Monomere für die moderne PET-Produktion und ermöglichen es den Entwicklern von Hydrolyseverfahren, ihre Produkte auf dem freien Markt zu verkaufen. Bei der Hydrolyse fallen in der Regel mehr gefährliche Abwässer an als bei den anderen Verfahren, was der Grund für ihre abnehmende Beliebtheit ist. Einige Entwickler, wie Gr3n Recycling, behaupten, dass sie Flüssigkeiten mehrmals recyceln können, aber andere, wie Loop Industries, haben nach dem Wechsel des Reaktionstyps deutlich mehr Erfolg.
Methanolyse:
Die am wenigsten verbreitete, aber vielleicht vielversprechendste Depolymerisationsroute, die Methanolyse, nutzt Methanol, um eine Umesterungsreaktion in PET auszulösen und es in Dimethylterephthalat (DMT) und MEG-Monomere aufzuspalten. Die PET-Industrie hat sich in den letzten zehn Jahren aufgrund der Verarbeitungs- und Umweltvorteile von DMT auf TPA verlagert, obwohl eine Minderheit der Anlagen immer noch ein DMT-basiertes Verfahren verwendet, was die Entwickler in der Regel dazu zwingt, nachgelagerte Abnahmevereinbarungen mit der richtigen Art von PET-Hersteller abzuschließen. Bei der Methanolyse fallen in der Regel keine gefährlichen Abwässer an, allerdings muss das Methanol mit hoher Effizienz zurückgewonnen werden, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu gewährleisten.
Glykolyse:
Der beliebteste Depolymerisierungsweg, die Glykolyse, nutzt MEG, um eine Umesterungsreaktion in PET einzuleiten, bei der es in ein Bis(2-hydroxyethyl)terephthalat (BHET)-Monomer gespalten wird. BHET ist ein chemisches Zwischenprodukt, das bei der Herstellung von PET-Harz anfällt und nach einer Prozessmodifikation direkt zu diesem Schritt der PET-Herstellung hinzugefügt werden kann; durch Zugabe von Wasser zu BHET entstehen TPA und MEG. BHET kann auf dem Weg zur TPA- oder DMT-basierten PET-Herstellung zugesetzt werden, wird aber von keinem PET-Hersteller direkt verwendet, so dass die Entwickler gezwungen sind, nachgelagerte Abnahmevereinbarungen mit PET-Herstellern abzuschließen, die bereit sind, ihr Verfahren zu ändern.
#LuxTake:
Der Bedarf an recyceltem PET in Lebensmittelqualität führt zu einem erheblichen Interesse der Konsumgüterindustrie an PET-Depolymerisationsverfahren und zu deren Finanzierung. Viele PET-Hersteller haben zwar Abnahmevereinbarungen mit Entwicklern von Depolymerisationsverfahren geschlossen, doch hängt ihr Eigentumsanteil weitgehend vom Erfolg der bevorstehenden groß angelegten Erweiterungen ab. Unabhängig davon, wer letztendlich Eigentümer der Depolymerisationstechnologie ist, erwarten wir, dass die Technologie langfristig erfolgreich sein wird.
Die Verfügbarkeit von Abfällen, Synergien mit bestehenden Anlagen und die Unterstützung der lokalen Behörden sind allesamt erforderlich, um PET-Depolymerisationsverfahren in großem Maßstab zu unterstützen. Auch wenn die Technologie sicherlich nicht für alle Gegebenheiten geeignet ist, wie z. B. die Kunststoffpyrolyse, ist die Entwicklung doch weit genug fortgeschritten, um eine Erkundung durch Produktionskunden mit diesen Synergien zu rechtfertigen. Die Unternehmen sollten die laufenden Bemühungen zur Maßstabsvergrößerung als Schlüsselindikatoren für die Durchführbarkeit der Depolymerisation im großen Maßstab beobachten.
