{"id":52199,"date":"2026-02-11T10:46:44","date_gmt":"2026-02-11T09:46:44","guid":{"rendered":"https:\/\/www.dbu.de\/promotionsstipendium\/20021-718\/"},"modified":"2026-02-11T10:46:46","modified_gmt":"2026-02-11T09:46:46","slug":"20021-718","status":"publish","type":"promotionsstipendium","link":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/promotionsstipendium\/20021-718\/","title":{"rendered":"Nachhaltiges chemisches Recycling von PET-Flaschen durch Schlie\u00dfung des Wertstoffkreislaufes, indem das Upstreaming (Depolymerisation) und Downstreaming (Kristallisation) untersucht und optimiert sowie in einem Gesamtprozess zusammengef\u00fcgt werden"},"content":{"rendered":"

Bei PET-Kunststoffabf\u00e4llen ist wegen ihres kurzen Produktlebenszyklus gro\u00dfes Potential zur Erschlie\u00dfung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft vorhanden. Deshalb ist es das Ziel dieses Forschungsprojektes einen geschlossenen PET-Recycling-Kreislauf mittels nachhaltigem chemischen Recycling zu erschlie\u00dfen. In dieser Arbeit erfolgt die Depolymerisation durch die PET-Glykolyse, die in Abbildung 1<\/em> dargestellt ist. In der Gleichgewichtsreaktion wird PET mit einem Glykol (hier: Ethylenglykol) unter moderaten Betriebsbedingungen (T<\/em> > 190 \u00b0C, p<\/em> > 1 bar) und dem Einsatz eines Katalysators zu dem Monomer BHET umgesetzt. In der R\u00fcckreaktion, der Polykondensation, kann aus dem Monomer wieder PET hergestellt werden.<\/p>\n

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Abbildung 1:<\/em> Gleichgewichtsreaktion von PET und EG zum gew\u00fcnschten BHET-Monomer<\/span><\/p>\n

F\u00fcr einen m\u00f6glichst effizienten Prozess m\u00fcssen sowohl das Upstreaming (Depolymerisation) hinsichtlich der Reaktionsbedingungen (z.B. Temperatur, L\u00f6sungsmitteleinsatz, Konzentrationsverh\u00e4ltnisse) als auch das Downstreaming (Kristallisation, Fest-Fl\u00fcssig-Trennung, Waschung) untersucht und optimiert werden.<\/p>\n

Auf Grundlage von in dieser Arbeit selbst vermessenen experimentellen Reinstoff- und Phasengleichgewichtsdaten der beteiligten Reaktionsteilnehmer erfolgte eine aktivit\u00e4ts-basierte thermodynamische Modellierung von Reaktionsgleichgewichten und -kinetiken der Depolymerisation. Dabei wurde die thermodynamische Zustandsgleichung electrolyte perturbed-chain statistical associating fluid theory (ePC-SAFT) verwendet. Abbildung 2<\/em> zeigt experimentell vermessenen Datenpunkte (Punkte) sowie die dazugeh\u00f6rige Modellierung (Linien).<\/p>\n

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Abbildung 2:<\/em> Modellierung der Reaktionskinetik mit variierender Menge an Co-Solvent und Katalysator<\/span><\/p>\n

Der Einfachheit halber wurde hier der BHET-Molanteil im Reaktionsgemisch x<\/em>BHET<\/sub> gegen die Reaktionszeit t<\/em> aufgetragen. Anzumerken ist hier, dass immer ein Gleichgewichtsumsatz X<\/em>PET<\/sub> \u00fcber 92 % erzielt wurde. Zusammengefasst ist es im Rahmen dieser Promotion gelungen, ein pr\u00e4diktives thermodynamische Modell zu entwickeln, welches ausgehend von einer minimalen Anzahl an experimentellen Datenpunkten den Einfluss von Reaktionstemperatur, Reaktandenverh\u00e4ltnis, Katalysatorkonzentration und Co-Solvent auf die Reaktionskinetik vorherzusagen. Dadurch wird es erm\u00f6glicht, den experimentellen Aufwand auf ein Minimum zu reduzieren und optimale Betriebsfenster (schnelle Raktionskinetik, hoher Gleichgewichtsumsatz) abzustecken.<\/p>\n

Neben der Depolymerisation lag ein weiterer Fokus auf dem Downstreaming (Kristallisation, Fest-Fl\u00fcssig-Trennung, Waschung) des Prozesses. Das Ziel bestand darin, die nach der Reaktion im Reaktionsgemisch vorliegenden BHET-Monomere in hoher Reinheit und hoher Prozessausbeute Y<\/em>BHET<\/sub>Prozess<\/sup> zu erhalten. Mit dem Fokus der Entwicklung eines nachhaltigen, chemischen Recyclingprozesses bestand ein weiteres Ziel darin, ein internes Recycling von Reaktant\/L\u00f6sungsmittel EG sowie dem Katalysator zu entwickeln. Ausgehend von einem Start-Versuch (0) wurden 4 Recyclingzyklen in unserem Labor-Satzbetrieb durchgef\u00fchrt. Dabei wurden alle Prozessschritte ausgehend von der Depolymerisation bis hin zur Waschung und Trocknung der Kristalle hintereinander durchgef\u00fchrt. Die entscheidenden Ergebnisse der Recyclingversuche sind in Abbildung 3<\/em> dargestellt.<\/p>\n

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Abbildung 3:<\/em> Links: BHET-Prozessausbeute Y<\/em>BHET<\/sub>Prozess<\/sup> \u00fcber vier Recylingzyklen; Rechts: Dosierung der Masse m<\/em> an EG und Katalysator (ZnAc2<\/sub>) \u00fcber vier Recyclingzyklen<\/span><\/p>\n

Zusammenfassend ist ein erfolgreiches Recycling gelungen. Zum einen konnte eine gleichbleibend hohe Prozessausbeute (> 85 %) in den Recyclingzyklen erzielt werden (Abbildung 3<\/em> links), zum anderen konnte auch die Menge an EG und Katalysator in den Recyclingzyklen um bis zu 65 % reduziert werden (Abbildung 3<\/em> rechts). Im Vergleich zum Standard-Literaturprozess erm\u00f6glicht dies eine deutliche Kostenersparnis. Somit konnte in diesem Forschungsprojekt der Grundstein f\u00fcr einen nachhaltigen, wirtschaftlichen, chemischen Recyclingprozess gelegt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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