Gasifizierung von Kunststoffen als Baustein im chemischen Recycling

Herausforderungen bei der Bewertung der Produktgasqualität

Im Kontext des chemischen Recyclings von Kunststoffabfällen wird auch der Einsatz von Verfahren für die Gasifizierung von Festbrennstoffen zur Erzeugung eines Synthesegases diskutiert. Diese Verfahren eignen sich potenziell für die stoffliche Nutzung schadstoffbelasteter oder stark vermischter (Abfall-)Fraktionen, die aktuell meist energetisch verwertet werden und auch zukünftig mittels mechanischem Recycling, Verölung, Lösung oder Pyrolyse keinem hochwertigen stofflichen Verwertungsweg zugeführt werden können. Die stark heterogene Zusammensetzung dieser Abfälle und die hohen Anforderungen von Syntheseverfahren zur Erzeugung von Produkten, wie z. B. Methanol, an die Reinheit des Synthesegases bedingen, verglichen mit der Verbrennung, einen deutlich höheren Aufwand für die Brennstoffaufbereitung und die Synthesegasreinigung. Bestandteile an kondensierbaren Kohlenwasserstoffen im Synthesegas führen zu Ablagerungen und Betriebsstörungen, die sich stark auf die Anlagenverfügbarkeit auswirken können, und enthalten gesundheits- und umweltschädliche Bestandteile. Weitere Bestandteile (z. B. H₂S, HCN, HCl) können sich stark negativ auf die Standzeit nachgeschalteter Katalysatoren auswirken. Die komplexe Gaszusammensetzung bedingt einen hohen messtechnischen Aufwand bei der Charakterisierung des Synthesegases, da eine Vielzahl einzelner Spezies vorliegt. Eine kontinuierliche Online-Messung der wichtigsten Parameter ist zwar technisch grundsätzlich möglich, aber extrem aufwändig und kostenintensiv. Diskontinuierliche Probenahmen lassen weniger Rückschlüsse auf kurzfristige Phänomene im Anlagenbetrieb zu. Meist muss eine Balance zwischen einer akzeptablen Messfrequenz und der Anzahl präzise erfasster Substanzen gefunden werden. Die extrem niedrigen Toleranzen der Syntheseverfahren für Verunreinigungen erfordern eine Weiterentwicklung der verwendeten Messverfahren, um die bestehenden Nachweisgrenzen um ein Vielfaches zu verringern.

In the context of chemical recycling of plastic waste, the use of processes for the gasification of solid fuels to generate a synthesis gas is of high interest. These processes are potentially suitable for materials containing pollutants and heavily mixed fractions, which are currently mostly used for energy production and cannot be directed into high-quality material recycling routes. Current approaches to chemical recycling, which are focusing on processes such as liquefaction, solvolysis or pyrolysis, will probably not be able to convert polluted materials into usable products. The highly heterogeneous composition of wastes and the requirements of downstream synthesis processes for products such as methanol are the restricting limitations. The required fuel preparation is much more complex compared to conventional waste incineration plants. Condensable hydrocarbons in the synthesis gas lead to deposits and malfunctions, which can have a major impact on plant availability, and contain constituents that are harmful to human health and the environment. Other components (e. g. H₂S, HCN, HCl) have negative effects on the lifetime of downstream catalysts. The complex gas composition requires a high level of analytical competence when characterizing the synthesis gas, since there are various individual species. Continuous online measurements of the most important parameters are technically possible, but extremely complex and expensive. Discontinuous sampling allows fewer conclusions to be drawn regarding short-term phenomena in plant operation. In most cases, a balance must be established between an acceptable measuring frequency and the number of precisely detected substances. The extremely low impurity tolerance of the synthesis processes requires further development of the measurement methods used in order to significantly lower the existing detection limits.