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Der K&ouml;lner Spezialchemiekonzern Lanxess hat die erste mobile Anlage des belgischen Unternehmens De Watergroep mit Ionenaustauscherharz ausgestattet. Der modulare Wasseraufbereiter (Foto) entfernt per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS). Er steht im Raum Br&uuml;ssel und reinigt bis zu 190 000 Liter Trinkwasser pro Stunde. Die Anlage soll die PFAS-Belastung des Trinkwassers in Flandern von jetzt 80 ppt dauerhaft auf unter 50 ppt senken.<img alt="image" src="https://media.graphassets.com/AahV3tMvR2oNVoMuRFvw">Mobile modulare Anlage, die PFAS aus Wasser entfernt. Zum Filtern dient das Ionenaustauscherharz Lewatit TP 108 DW von Lanxess. Foto: De Watergroep

Lanxess

PFAS entfernen

Der Kölner Spezialchemiekonzern Lanxess hat die erste mobile Anlage des belgischen Unternehmens De Watergroep mit Ionenaustauscherharz ausgestattet. Der modulare Wasseraufbereiter (Foto) entfernt per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS). Er steht im Raum Brüssel und reinigt bis zu 190 000...

Von Schnuller und Handyh&uuml;lle bis zu Baudichtstoff oder Herzschrittmacher &ndash; Silikone sind derzeit unverzichtbar. Aus Silikonabf&auml;llen Rohstoffe zur&uuml;ckzugewinnen, tr&auml;gt zu einer umwelt- und ressourcenschonenden Kreislaufwirtschaft bei.
Silikone, besonders solche auf Basis von Dimethylsiloxan-Polymeren, finden sich in etlichen Produkten. Silikone sind alterungsbest&auml;ndig, flexibel und hydrophob. Das macht sie attraktiv f&uuml;r Anwendungen im Baugewerbe, in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Elektronik, Kosmetik sowie Medizin.
Pro Jahr w&auml;chst die Silikonproduktion derzeit um f&uuml;nf bis sechs Prozent. Im Jahr 2024 erreichte sie etwa drei Millionen Tonnen, das entspricht einem Umsatz von rund 20 Milliarden Euro.
<h2 type="main">Energieaufwendige Herstellung</h2>
Der Hauptbeitrag zur CO2-Bilanz von Silikonpolymeren liegt im Gewinnen metallischen Siliciums aus Quarzsand (Abbildung 1) &ndash; knapp zwei Drittel allen enthaltenen Kohlenstoffs (embodied carbon) entfallen darauf.1) Dazu z&auml;hlt alles CO2, das &uuml;ber die Wertsch&ouml;pfungskette beim Abbauen, Transportieren und Verarbeiten anf&auml;llt.
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<figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/ElponByRx2bIW1WnvzAB">
<figcaption><label>Abb.1: </label>Typische Anteile an enthaltenem Kohlenstoff (embodied carbon) in der Silikonwertsch&ouml;pfungskette, die sich ergeben, wenn nicht-erneuerbare Energiequellen zum Herstellen von Silikonpolymeren eingesetzt werden. Quelle: modifiziert nach Lit. 1)</figcaption>
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Jede produzierte Tonne Silicium verbraucht 10 bis 15 MWh Strom und setzt etwa vier bis f&uuml;nf Tonnen CO2 direkt frei.2) Die indirekten Emissionen aus der Stromerzeugung tragen zudem erheblich zum CO2-Fu&szlig;abdruck bei, wenn keine erneuerbaren Energien oder Kernenergie eingesetzt werden. Das Wachstum der Siliciumproduktion fand in den letzten 30 Jahren gr&ouml;&szlig;tenteils in China statt. Wegen der dortigen kohlebefeuerten Stromerzeugung stiegen die globalen durchschnittlichen indirekten Emissionen beim Herstellen eines Kilogramms Silicium von 3,3 kg CO2-&Auml;quivalenten im Jahr 1995 auf 6,3 kg im Jahr 2019.3) Bis zum Jahr 2021 sank dieser Wert weltweit wieder auf rund 4 kg CO2-&Auml;quivalente pro Kilogramm Silicium und lag damit in der Gr&ouml;&szlig;enordnung der direkten Emissionen.4)
Die Silikonindustrie will ihren Energieverbrauch sowie CO2-Fu&szlig;abdruck verringern und setzt deshalb mehr regenerative Energien und biogene Kohlenstoffquellen ein. So nutzt das Unternehmen Dow Silicones beispielsweise Abf&auml;lle aus der Holzindustrie sowie Holz aus eigenen Eukalyptusplantagen, die sich innerhalb von sieben Jahren regenerieren. Brasilien produziert metallisches Silicium bereits ausschlie&szlig;lich mit Energie aus Holzkohle.
Eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft l&auml;sst sich nur durch Silikonrecycling nach dem Waste-to-value-Prinzip erreichen &ndash; wenn also im Vergleich zum Ausgangsprodukt gleich- oder h&ouml;herwertige Recyclingprodukte entstehen. Derzeit entsorgen wir die meisten ausgedienten Silikonprodukte noch durch Verbrennen, auf der Deponie oder &uuml;ber das Abwasser, anstatt sie stofflich zu verwerten. Sortenreine und saubere Silikonelastomere werden teils mechanisch recycelt. Daf&uuml;r werden sie zerkleinert, etwa durch kryogenes Mahlen, und danach mit frischem Polymer und Additiven gemischt, um daraus neue Produkte herzustellen. Dabei ver&auml;ndern sich deren Oberfl&auml;che und Struktur: Sie werden etwa weniger dehnbar und brechen schneller, das hei&szlig;t, es handelt sich um Downcycling.
Durch chemisches Recyceln lassen sich dagegen Rohstoffe regenerieren: Es braucht weniger importiertes Silicium, das die Europ&auml;ische Kommission als kritischen Rohstoff einstuft. Das st&auml;rkt die strategische Autonomie der Europ&auml;ischen Union (EU).
<h2 type="main">Silikone chemisch upcyceln</h2>
Chemisch lassen sich Silikone &uuml;ber Pyrolyse oder Depolymerisation recyceln.5,6) Pyrolyse zersetzt Silikone zwischen 300 und 800 &deg;C thermisch. In einer sauerstofffreien oder -armen Umgebung entstehen durch Kondensation der fl&uuml;chtigen Bestandteile Silikonoligomere sowie keramische Stoffe als R&uuml;ckstand. Beim thermischen Zersetzen in sauerstoffreicher Atmosph&auml;re bleibt Siliciumdioxid zur&uuml;ck. Die durch Pyrolyse gewonnenen anorganischen R&uuml;ckst&auml;nde eignen sich als F&uuml;llstoffe in neuen Silikonprodukten. Das keramische Material verbessert sogar die Hitzebest&auml;ndigkeit des Produktes &ndash; es handelt sich um Upcycling.
In lineare oder cyclische Oligomere zerlegen lassen sich Silikonpolymere durch Depolymerisieren (Abbildung 2). Die Oligomere dienen gereinigt und aufgearbeitet dem Herstellen neuer Silikone. F&uuml;r Depolymerisationen im Industriema&szlig;stab sind Katalysatoren n&ouml;tig, um die Reaktionsgeschwindigkeit und Ausbeute zu erh&ouml;hen. Die Reaktionen laufen dann bei 180 bis 250 &deg;C ab, ben&ouml;tigen also weniger Energie als die Pyrolyse.
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<figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/GE8lhEGRS5ukainM9wp4">
<figcaption><label>Abb.2: </label>Beispiele f&uuml;r Depolymerisationsverfahren, die derzeit praktiziert oder evaluiert werden. Quelle: modifiziert nach Lit. 5)</figcaption>
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Ersten Sch&auml;tzungen zufolge kann chemisches Recycling durch Depolymerisation bis zu 70 Prozent Energie gegen&uuml;ber dem Herstellen von Silikonpolymeren aus Prim&auml;rrohstoffen einsparen &ndash; und das sogar ohne Qualit&auml;tsverlust &uuml;ber mehrere Recyclingzyklen. Nach Angaben des Silikonrecyclingunternehmens Eco USA spart das Recycling von einer Tonne Silikonkautschuk 5774 kWh Energie, 2591 Liter Roh&ouml;l und etwa 2587 Kubikmeter Gas, was einer Heizenergie von 28 722 kWh entspricht.7) Einer Lebenszyklusanalyse des Unternehmens zufolge entstehen beim Herstellen einer Tonne Silikon&ouml;l 6079 kg CO2-&Auml;quivalente, bei einer Tonne Silikon&ouml;l aus einem Recyclingprozess nur 1401 kg.8)
<h2 type="main">Silikonrecyclingmarkt weltweit</h2>
Der weltweite Recyclingmarkt f&uuml;r Silikone ist mit 100 000 bis 150 000 Tonnen deutlich kleiner als der Gesamtmarkt von 3 Mio. Tonnen. Ausgangsmaterial sind &uuml;berwiegend Elastomere aus postindustriellen und wenigen postkonsumtiven Abf&auml;llen.
Im Jahr 2024 wurden weltweit rund 40 000 Tonnen Silikonabf&auml;lle recycelt. 60 bis 70 Prozent aller Silikonabf&auml;lle recycelt Asien, 20 bis 30 Prozent Nordamerika. Auf Europa entfallen 10 bis 15 Prozent der Recyclingaktivit&auml;t. Die Verteilung l&auml;sst sich nicht allein durch die Gr&ouml;&szlig;e des chinesischen Silikonmarktes erkl&auml;ren, sondern auch dadurch, dass Unternehmen Silikonabf&auml;lle verschiffen: Derzeit exportiert Europa zirka 6000 bis 10 000 Tonnen pro Jahr nach S&uuml;dostasien.
Weltweit sind im chemischen Silikonrecycling gesch&auml;tzt etwa zwei Dutzend Unternehmen aktiv &ndash; Start-ups ausgenommen. Gleichzeitig ist ein stetiger Zuwachs an silikonrecycelnden Unternehmen zu beobachten. Vor allem in China d&uuml;rften sogar mehr Unternehmen Silikon recyceln als bislang bekannt.
Zwar sind die Akteure meist kleine und mittlere Unternehmen mit wenigen Mitarbeitenden. Regional k&ouml;nnen sie aber eine marktbeherrschende Rolle einnehmen.
<h2 type="main">Mit Kooperationen den Markt st&auml;rken</h2>
Die Nachfrage nach recycelten Silikonrohstoffen &uuml;bersteigt das derzeitige Angebot, wie ein Leitfaden zur Kreislaufwirtschaft von Chemie hoch drei zeigt.9) Preise, die &uuml;ber dem Marktniveau liegen, sind die Kund:innen trotzdem nicht bereit, f&uuml;r Recyclingmaterialien zu zahlen. Weitere wesentliche Erkenntnisse der Studie: Recycelte Produkte setzen sich auf dem Markt nur langsam durch, weil potenzielle K&auml;ufer:innen Bedenken haben hinsichtlich der Verf&uuml;gbarkeit und der Qualit&auml;t. &Uuml;berwinden lie&szlig;en sich diese Bedenken, wenn die Produkte mit einer vertrauensw&uuml;rdigen Marke assoziiert w&uuml;rden &ndash; ein Grund, aus dem immer mehr Recycling-Start-ups mit etablierten Silikonrohstoff-Herstellern zusammenarbeiten. So kooperiert beispielsweise der Silikonhersteller Dow Silicones mit dem Recycling-Unternehmen Circusil10) und der Silikonproduzent Elkem mit mehreren Partnern im Rahmen des Projekts Repos (Ressourcement Polym&egrave;res Silicones), das im Jahr 2023 die Auszeichnung f&uuml;r Zirkularit&auml;t vom Europ&auml;ischen Verband der Chemischen Industrie (CEFIC) erhielt.11)
Seit den fr&uuml;hen 2010er-Jahren sind digitale branchen&uuml;bergreifende Business-to-Business-Marktpl&auml;tze entstanden, die kollaborative Wertsch&ouml;pfungsnetzwerke f&uuml;r die Kreislaufwirtschaft erm&ouml;glichen. Vor allem kleinere Recyclingunternehmen nutzen diese Plattformen. Die meisten gro&szlig;en Silikonhersteller haben bereits virtuelle Plattformen f&uuml;r den Handel mit Neupolymeren und Endprodukten. In Zukunft integrieren sie wahrscheinlich auch den Recyclingmaterial-handel in ihre digitalen Gesch&auml;ftsmodelle.
<h2 type="main">Recycling industriell umsetzen</h2>
Um die Wettbewerbsf&auml;higkeit chemisch recycelter Silikone im Vergleich zu neu aus Prim&auml;rrohstoffen hergestellten zu maximieren, gilt es, Prozesse und Produktqualit&auml;t zu optimieren.
Unterschiedliche Formulierungen und etliche Additive machen Silikonabfallstr&ouml;me heterogen, was die Effizienz des R&uuml;ckgewinnens beeintr&auml;chtigt. Silikonoligomere von festen Materialien wie F&uuml;llstoffen und Pigmenten zu trennen, ist besonders schwierig. Um vom Recycling im Laborma&szlig;stab zum industriellen Recycling &uuml;berzugehen, braucht es daher Prozessanlagen, die mindestens 10 bis 50 Tonnen heterogener Silikonabf&auml;lle trennen, reinigen und verarbeiten. Die Variabilit&auml;t des Ausgangsmaterials nimmt in gro&szlig;en Anlagen zu, denn es ist mehr verschiedenes Material auf einmal zu verarbeiten. Deshalb sind flexible Prozessl&ouml;sungen n&ouml;tig, etwa zus&auml;tzliche Trenn- oder Reinigungsschritte.
Auch das systematische &Uuml;berwachen und Steuern der Qualit&auml;t sind entscheidend f&uuml;r eine gleichbleibende Qualit&auml;t des Endprodukts. Um eine sichere Versorgung mit Rohstoffen zu gew&auml;hrleisten, sind das Sammeln, Transportieren und Lagern der Silikonabf&auml;lle gut zu organisieren und koordinieren. F&uuml;r einen &ouml;konomischen Recyclingprozess sind Ma&szlig;nahmen zur Kostensenkung zu identifizieren, etwa Nebenprodukte aus dem Recycling zu verwerten. Auch sind beim Recycling &ndash; genauso wie beim Produzieren aus Prim&auml;rrohstoffen &ndash; komplexe gesetzliche Bestimmungen zu Emissionen und Abf&auml;llen einzuhalten.
<h2 type="main">Regulatorisches Umfeld</h2>
Im Juni 2018 stufte die Europ&auml;ischen Chemikalienagentur (Echa) die Silikonoligomere Octamethylcyclotetrasiloxan (D4), Decamethylcyclopentasiloxan (D5) und Dodecamethylcyclohexasiloxan (D6) als besonders besorgniserregend ein.
Der Europ&auml;ische Gerichtshof best&auml;tigte diese Einstufung im November 2023. Deswegen d&uuml;rfen diese Silikonoligomere ab Juni 2026 nicht mehr in Verkehr gebracht werden &ndash; und zwar weder als Reinstoﬀe noch als Bestandteile anderer Stoﬀe oder Gemische, falls sie in einer Konzentration von 0,1 Massenprozent oder mehr vorliegen. Ausnahmen gibt es aber: Als Ausgangsstoffe f&uuml;r Silikonpolymere d&uuml;rfen die genannten cyclischen Silikonoligomere weiter industriell verwendet werden.12)
Die Europ&auml;ische Kommission erw&auml;gt nun allerdings, der Europ&auml;ischen Union vorzuschlagen, die cyclischen Siloxane D4, D5 und D6 in die Stockholmer Konvention aufzunehmen.13) Diese soll persistente organische Schadstoffe (POPs) verbieten oder in ihrer Nutzung einschr&auml;nken und deren Freisetzung in die Umwelt verhindern. Die Aufnahme der Siloxane k&ouml;nnte daher nicht nur die Verf&uuml;gbarkeit neuer Silikonprodukte einschr&auml;nken, sondern auch das Transportieren, Recyceln und Entsorgen von Silikonen.
Obwohl die Stockholmer Konvention unbeabsichtigte Spurenverunreinigungen in Produkten von den Anforderungen ausnimmt, fehlt eine klare Definition solcher Verunreinigungen. Sollten die zul&auml;ssigen Grenzwerte unrealistisch niedrig angesetzt werden, w&uuml;rden alle Silikonabf&auml;lle als gef&auml;hrlich eingestuft und w&uuml;rden verbrannt werden m&uuml;ssen anstatt recycelt.
Zudem m&uuml;ssten Verfahren, bei denen die cyclischen Oligomere anfallen, m&ouml;glicherweise verboten werden &ndash; ein Widerspruch zur Kreislaufwirtschaft. Ebenso betroffen w&auml;re der Handel mit Abf&auml;llen, die cyclische Siloxane enthalten.14)
Silikonoligomere als POPs zu klassifizieren, k&ouml;nnte also den Fortschritt des Silikonrecyclings und der Kreislaufwirtschaft gef&auml;hrden. Erforderlich ist daher eine proaktive Regulierung, die zwar Umweltstandards definiert, aber chemisches Recycling weiter zul&auml;sst.
<h2 type="main">Silikonrecycling erforschen</h2>
Die Forschung zum Weiterentwickeln des chemischen Recyclings konzentriert sich auf das Optimieren katalytischer Systeme. Um industriell tragf&auml;hige L&ouml;sungen umzusetzen, sollte das Augenmerk auf andere Aspekte gelegt werden: leistungsf&auml;hige kosteng&uuml;nstige Katalysatoren f&uuml;r die Depolymerisation zu entwickeln sowie Techniken, die das Abtrennen der Silikonoligomere von F&uuml;llstoffen und Verunreinigungen erleichtern. Kombinationen aus chemischem und mechanischem Recycling k&ouml;nnten zudem die Rezyklatausbeute erh&ouml;hen.
Um unterschiedliche Recyclingverfahren &ouml;kologisch und &ouml;konomisch zu vergleichen und bewerten, sind umfassende Lebenszyklusanalysen n&ouml;tig. Diese k&ouml;nnen als Grundlage f&uuml;r nachhaltige Prozessinnovationen dienen, um die Energieeffizienz zu steigern, die Betriebskosten zu senken und die Umweltauswirkungen zu minimieren.
<h2 type="main">AUF EINEN BLICK</h2>
Depolymerisation von Silikonen gewinnt Oligomere zur&uuml;ck, die sich in die Produktion zur&uuml;ckf&uuml;hren lassen.
Die derzeitige Forschung optimiert katalytische Systeme und vernachl&auml;ssigt industriell praktikable Recyclingverfahren.
Die Zusammenarbeit von Start-ups und etablierten Unternehmen kann helfen, Recyclinganlagen im kommerziellen Ma&szlig;stab zu errichten.
Eine Regulierung von Silikonoligomeren sollte Umweltstandards durchsetzen, aber trotzdem chemisches Recycling erm&ouml;glichen.
<h2 type="main">Der Autor</h2>
Andreas T. Wolf ist promovierter Chemiker und war 36 Jahre bei Dow Corning (heute Dow Silicones) in verschiedenen Positionen als Gruppenleiter und Wissenschaftler t&auml;tig. Seit seiner Pensionierung arbeitet er als selbstst&auml;ndiger Berater.<img alt="image" src="https://media.graphassets.com/1DTxM3pkTdKR9NejHE9Q">
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<li xml:id="nadc20254146758-bib-0011">11 Zu Repos: <a href="https://t1p.de/ja0jd" target="_blank" rel="noopener">t1p.de/ja0jd</a></li>
<li xml:id="nadc20254146758-bib-0012">12 Zur Regulierung der Silikonoligomere: <a href="https://t1p.de/lnv45" target="_blank" rel="noopener">t1p.de/lnv45</a></li>
<li xml:id="nadc20254146758-bib-0013">13 Zum Positionspapier der Deutschen Bauchemie: <a href="https://t1p.de/f1rfz" target="_blank" rel="noopener">t1p.de/f1rfz</a></li>
<li xml:id="nadc20254146758-bib-0014">14 Zur Baseler Konvention zur Verbringung gef&auml;hrlicher Abf&auml;lle: <a href="https://t1p.de/j4e2c" target="_blank" rel="noopener">t1p.de/j4e2c</a></li>
</ul>

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