Wissenschaftler verwandeln Meeresmüll in funktionierende Straßen

Erste Versuche deuten darauf hin, dass diese Materialien einen praktischen lokalen Nutzen für einen Teil des Mülls der Inseln am Ende ihrer Lebensdauer bieten könnten.

Jeremy Axworthy, Forscher am Center for Marine Debris Research (CMDR) der Hawaiʻi Pacific University, präsentierte die Ergebnisse des Teams auf dem Frühjahrstreffen der American Chemical Society (ACS). „Diese Arbeit untersucht, ob es verantwortungsvoll ist, recycelten Kunststoff in den Straßen Hawaiis einzusetzen", teilt Axworthy mit. „Durch die Wiederverwendung Plastikmüll können wir die ökologischen und wirtschaftlichen Auswirkungen des Transports üll, seiner Verbrennung oder seiner Deponierung in den überfüllten Mülldeponien Hawaiis verringern." Straßenasphalt bietet eine lokale Entsorgungslösung Seit 2020 werden die meisten Straßen in Hawaii mit polymermodifiziertem Asphalt (PMA) gepflastert, um die Straßenbeläge widerstandsfähiger und langlebiger zu machen.

Im Vergleich zu normalem Asphalt ist PMA flexibler und besser in der Lage, Risse, Furchen und Wasserschäden zu widerstehen. Diese Eigenschaften sind besonders im tropischen Klima Hawaiis, indem Styrol-Butadien-Styrol-(SBS)-Pellets (eine Art Copolymer) in einen klebrigen Asphalt-Bindemittel aus Erdöl geschmolzen werden.

Technik, Energie und Einsatz

Dieses Bindemittel wird dann in einem rotierenden Trommel mit heißen Aggregaten (Gestein und Sand) vermischt, sodass das Material vollständig beschichtet wird. Die Frage war, ob Abfallplastik einen Teil dieses Materials im Straßenbelag ersetzen oder ergänzen könnte, um eine sinnvolle Entsorgungsoption zu schaffen.

Die Hawaii Department of Transportation (HDOT) wollte wissen, wie sich Asphalt mit recycelten Kunststoffen verhält und ob dieser Mikroplastik oder verwandte Chemikalien in die Umwelt abgeben könnte. Um dies zu untersuchen, wandte sich die HDOT an die Umweltchemikerin Jennifer Lynch, Direktorin des CMDR und Leiterin des Forschungsteams.

Fischernetze wurden zum Testmaterial.

Technik und Auswirkungen

Die HDOT stellte zwei Anfragen an das Team ötigte das Abteilungsgebäude verlassene Fischernetze, die aus der marinen Umwelt Hawaiis gesammelt wurden, um sie in recycelkunststoffmodifiziertem Asphalt einzusetzen. „Ausländische Kunststoffabfälle in Form äten sind der größte Beitrag zum Problem der Meeresmüllproblematik in Hawaii", so Lynch. „Bisher hat das Bounty Project des CMDR, das lizenzierten kommerziellen Fischern eine finanzielle Belohnung für die Entfernung üll zahlt, 84 Tonnen großer, verlassener Fischgeräte aus dem Pazifischen Ozean entfernt." Zweitens bat die HDOT die Forscher zu prüfen, ob Straßenbeläge, die mit Kunststoffabfällen hergestellt wurden, mehr Mikroplastik abgeben als herkömmliche Straßenbeläge, die mit SBS modifiziert sind. „Das Labor des CMDR ist mit hochmoderner chemischer Instrumentierung ausgestattet, um Mikroplastik in Umweltproben zu quantifizieren und zu charakterisieren", erklärt Lynch. „Diese Fähigkeit ist außerordentlich einzigartig und wirkungsvoll, insbesondere wenn sie mit unserem Projekt zur Entfernung üll und unserem Auftrag zur Verwertung des Mülls in langlebige, lokal benötigte Infrastrukturprodukte gekoppelt wird." Straßendust testete das Risiko Nachdem ein in den Vereinigten Staaten ansässiges Unternehmen den Abfall in Materialien umgewandelt hatte, die für Asphalt geeignet sind, übertrug die HDOT die experimentellen Mischungen auf echte Straßen.

Ein lokaler Pflasterbetrieb verlegte Abschnitte einer Wohnstraße auf Oahu mit Asphalt, der Standard-SBS, wiederverwertetes Polyethylen aus Honolulu-Müllbehältern sowie Polyethylen aus Fischernetzen enthielt.

Nach etwa 11 Monaten normalem Verkehr sammelte Lynchs Team Straßendust, um Mikroplastikauswaschung zu erfassen, die den angrenzenden Boden beeinträchtigen könnte. Die Forscher verwendeten ein Verfahren zur Trennung ßenstaubmaterialien, einschließlich Mikroplastik, größerer Kunststofffragmente und Reifenkautschuk.

Moegliche Anwendungen

Mittels Pyrolyse-Gaschromatographie-Massenspektrometrie (Py-GC-MS) konnten sie die Polymeren ihren Quellen zuordnen: Styrol und Butadien aus normalem PMA, Polyethylen aus mit Kunststoffabfällen und Fischernetzen hergestelltem Asphalt sowie Isopren und Butadienkautschuk aus Reifen.

Die ersten Ergebnisse zeigten, dass Asphalt mit recyceltem Polyethylen nicht mehr Polymeren abgibt als der Kontrollasphalt mit SBS. Das gleiche Muster stellten das Team mit Asphaltproben sowie in simuliertem Oberflächenabflusswasser aus den experimentellen Straßenabschnitten fest.

Es wurden Partikel in der Größe, doch unabhängig vom getesteten Asphalttyp wurden nur sehr wenige davon als Polyethylen identifiziert. Der wahrscheinliche Grund dafür ist, dass die Polymeren in den Asphaltbindemittel geschmolzen werden, sodass sich ablösende Fragmente nicht aus reinem Kunststoff zusammensetzen.

Sie bestehen aus einer Mischung aus

Sie bestehen aus einer Mischung aus Gestein, Bindemittel und geschmolzenen Polymerketten.

Das CMDR-Team vergleicht zudem den Polymerabrieb ßenbelägen mit dem Polymerabrieb, die in Straßenstaub gefunden wurden. „In unseren ersten Py-GC-MS-Daten", so Lynch weiter, „haben wir festgestellt, dass Reifenabrieb das Signal ößenordnungen überdeckt – wie gigantische Peaks!

Wir mussten im Chromatogramm nach den Gräsern suchen, um Anzeichen." Die Recyclingfähigkeit bleibt weiterhin Gegenstand sind erforderlich, um zu klären, wie langlebig der Straßenbelag im Laufe der Zeit sein wird.

Dennoch hoffen die Forscher, dass die Umwandlung ßenbeläge Hawaii langfristig dazu beitragen könnte, den Druck auf Deponien zu verringern und marine Verschmutzung zu reduzieren. „Einige Menschen glauben, dass Kunststoffrecycling eine Fiktion ist – dass es nicht funktioniert, weil es zu schwierig ist", so Lynch. „Diese Arbeit zeigt jedoch, dass Recycling funktioniert, wenn die Gesellschaft Nachhaltigkeit priorisiert." Die Forschung wurde vom Hawaii Department of Transportation finanziert.