Der Traum vom Schaum

Die promovierte Chemikerin hat zusammen mit Kollegen der Creavis, des Business Incubators von Evonik, vor gut drei Jahren ein Recyclingprojekt angestoßen. Ihr Ziel ist es, ausgediente Matratzen in ihre chemischen Bestandteile zu zerlegen und wiederverwertbar zu machen. Der Prozess soll so gut sein, dass das Rezyklat mit konventionellen Rohstoffen mithalten kann. Dieses Ziel scheint nun erreicht. Mehr als das: Vor wenigen Wochen haben Evonik-Kollegen aus dem Life Cycle Management den ökologischen Fußabdruck des neuen Recyclingprozesses eingehend untersucht. Ihr Ergebnis: Der Prozess senkt im Vergleich zur Matratzenproduktion mit fossilen Rohstoffen den CO2-Fußabdruck um über die Hälfte. „Und das wollen wir noch weiter verbessern“, sagt Terheiden.

An einem trüben, eisigen Januarmorgen arbeiten Terheiden und andere Forscher aus dem Projektteam am Standort Essen-Goldschmidtstraße an dem Prozess. Das Gebäude E-18 – roter Backstein außen, grelles Neonlicht innen – ist die Heimat der Geschäftseinheit Comfort & Insulation, in der sich vieles um Schaumstoffe dreht. „Unser Recyclingprojekt war zunächst ein kleines Spinoff-Thema“, erzählt Terheiden, hervorgegangen aus ihrem Hauptjob, der Entwicklung von Additiven für die Schaumindustrie. Darum kümmert sich die 50-jährige Managerin, seit sie 2006 zu Evonik gekommen ist. „Ich übersetze die Anforderungen unserer Kunden, wir nennen sie Verschäumer, ins Chemische.“

Das Material, mit dem sie sich dabei am meisten auseinandersetzt, ist Polyurethan (PU). Es wird zur Herstellung unter anderem von Matratzen oder Polstermöbeln genutzt. Typische PU-Schäume für Matratzen entstehen aus der Reaktion von Isocyanat (TDI) mit Polyetherpolyol und Wasser und unter Zugabe diverser Additive. Als Nebenprodukt wird CO₂ frei, es lässt das Gemisch aufbrodeln wie eine heiße Quelle. Anstatt danach wieder in sich zusammenzustürzen, behält PU seine weitmaschige Netzstruktur. PU-Verbindungen sind verschleißfest, was der Lebensdauer des Endprodukts zugutekommt. Fürs Recycling ist diese Eigenschaft jedoch hinderlich, denn dafür müssen diese Verbindungen aufgebrochen werden.

„Den Recyclingprozess neu zu entwickeln, das war komplettes Neuland für uns“, sagt Terheiden. „Bei den Additiven arbeiten wir mit uns bekannten Molekülen. Darin sind wir erfahren, darin sind wir mit unserem Geschäftsbereich Weltmarktführer. Unsere Kompetenzen in der Creavis ermöglichen es jedoch, auch ganz neue Innovationsprojekte anzugehen.“

2018 ist die Zeit für ihre Idee günstig: Evonik beschließt, sich verstärkt der Themen Kreislaufwirtschaft und nachhaltige Produktion anzunehmen. Neue Produkte, aber auch solche aus dem vorhandenen Portfolio sollen fortan nicht nur durch ihren konkreten Nutzen, sondern auch in Nachhaltigkeitsanalysen überzeugen. Zusätzlich bestärkt wird Terheiden durch ein Treffen mit Fachleuten der Einrichtungskette Ikea, eine der mächtigsten Stimmen in der Schaumbranche. „Sie sagten uns damals, dass all ihre Matratzen von 2030 an vollständig aus zurückgewonnenen und erneuerbaren Rohstoffen hergestellt sein sollen. Das war provokativ und hat uns aufgerüttelt“, erinnert sich Terheiden.

Die bis dahin kommerzialisierten Verfahren erlauben es nicht, PU wieder vollständig in Polyol und Isocyanat aufzuspalten. Statt einzelner Moleküle entstehen in ihnen Mischungen kurzkettiger Oligomere, die zu weit schlechteren Schaumeigenschaften führen als die ursprünglichen Zutaten. Maximal 20 Prozent fossiles Polyol lassen sich mit diesen Verfahren bei der Herstellung neuer Matratzen ersetzen, da sonst die Produkteigenschaften leiden. Terheiden will ein besseres Ergebnis erzielen. Bereits Anfang 2019 beginnt die Forschungsarbeit. Von Anfang an dabei ist die Creavis. Sie ist dafür zuständig, in neuartigen Themenfeldern und Märkten Geschäftsideen für Evonik auszuarbeiten. Terheiden kann sich damit auf die Chemie und die Anwendung im Endprodukt konzentrieren.

Als „Weichschäumerin“, wie sich Chemikerinnen in diesem Fachbereich selbst nennen, weiß sie, dass die Regulierung der Europäischen Union eine Recyclinglösung für PU-Schäume erfordert. Die „Richtlinie 2019/904 des Europäischen Parlaments und des Rates über die Verringerung der Auswirkungen bestimmter Kunststoffprodukte auf die Umwelt“ – kürzer als „Plastik-Richtlinie“ bekannt – schreibt vor, dass viele Kunststoffprodukte ab 2025 zu einem Viertel aus Rezyklat bestehen müssen. Hersteller müssen zudem einen Plan vorlegen, wie ihre Produkte am Ende der Nutzungszeit wiederverwertet werden. „Noch wird PU nicht so streng gesehen wie Einwegplastik“, sagt Terheiden. „Es geht aber nicht darum, ob das passieren wird, sondern nur, wann.“

Für die Polyurethanspaltung nutzen Ferenz und seine Kollegen ein katalytisches System. Durch die Verwendung eines Katalysators kann die Reaktion unter milderen Bedingungen ablaufen. Der Katalysator sorgt dafür, dass die nötigen chemischen Bindungen schnell und effizient gebrochen werden und die Reaktion überhaupt in einem akzeptablen Zeitraum ablaufen kann.

Wie das Ergebnis aussieht, zeigt Ferenz in einem Fläschchen. Es enthält, was nach erfolgreicher Hydrolyse von PU-Schaum übrig bleibt: eine tiefbraune Flüssigkeit, in der sich reines Polyol und ein Amin (TDA) befinden. Letzteres lässt sich in einer Folgereaktion zum Isocyanat TDI umsetzen, und so werden ebenjene Stoffe, die für die Produktion von Polyurethan benötigt werden, zurückgewonnen.

Partner aus der Industrie sind trotz dieser Herausforderungen von dem Prozess sehr angetan – zum Beispiel der englische Weichschaumproduzent The Vita Group, der hochwertige Matratzen produziert und eng mit Evonik zusammenarbeitet. „Wir haben recycelte Polyole von Evonik in mehreren unserer Weichschaumformulierungen getestet, und die Resultate waren sehr positiv“, sagt Vita-Chef Ian W. Robb. Die Firma betrachtet sich als Pionier der umweltfreundlichen Produktion von Matratzen. Die hervorragende Ökobilanz des Recyclingprojekts ist für Robb daher ein entscheidender Faktor. „Wir wollen bei der Entwicklung umweltfreundlicher Technologien Vorreiter sein. Das ist ein Meilenstein auf dem Weg hin zur Kreislaufwirtschaft.“

Bei Evonik gleicht das Recyclingprojekt mittlerweile einem gewaltigen Mosaik, an dem in mehreren Standorten parallel gearbeitet wird. Geschäftsbereiche jenseits der Schaumexperten von Comfort & Insulation unterstützen das Projekt. So haben zum Beispiel im Chemiepark Marl die Kollegen aus dem Bereich Crosslinkers ihre Anlagen zur Verfügung gestellt. Das große Bild soll aber schon in wenigen Monaten in Hanau zu sehen sein. Dort entsteht eine Pilotanlage, in der die Bestandteile von Polyurethan in größeren Mengen gewonnen werden sollen. Dafür zuständig ist Andree Blesgen. Der Projektleiter der Verfahrenstechnik stieß 2020 zum Projekt. Statt fünf Litern, wie in den bisherigen Reaktoren, soll in der neuen Anlage ein Vielfaches herauskommen. „Wir hoffen, noch 2022 in Betrieb zu gehen und mit der neuen Anlage in den Tonnenbereich vorzustoßen“, sagt Blesgen.