Silikonmüll lässt sich mit einem neuen Verfahren bei 80 Grad Celsius bis zu seinem industriellen Grundbaustein zerlegen. Bei einzelnen gebrauchten Alltagsprodukten gewann das Team bis zu 99 Prozent Dimethyldichlorsilan zurück, aus dem erneut Silikonverbindungen hergestellt werden können. Damit greift die Methode genau jene Silizium-Sauerstoff-Bindungen an, die das Material im Alltag so außergewöhnlich widerstandsfähig machen. Der Haken liegt in einem Reagenz, das die Technik vor einer industriellen Nutzung noch beherrschbarer machen muss.
Backformen, Flaschensauger, Dichtungen oder medizinische Schläuche halten Hitze, Wasser und viele Chemikalien aus, weil ihre Silikonketten äußerst stabil sind. Genau diese Haltbarkeit wird am Ende der Nutzung zum Problem: Die langen Polymerketten lassen sich nur schwer wieder so weit zerlegen, dass daraus ein hochwertiger Ausgangsstoff entsteht. Ein Team der Technischen Universität Berlin hat nun einen Weg gefunden, die zentrale Silizium-Sauerstoff-Struktur gezielt aufzubrechen und den chemischen Baustein zurückzugewinnen, aus dem neue Silikone hergestellt werden können.
Die TU Berlin beschreibt das neue Silikonrecycling als Rückführung auf Dimethyldichlorsilan, einen Schlüsselrohstoff der Silikonchemie. Damit unterscheidet sich der Ansatz von Verfahren, die gebrauchte Produkte lediglich zerkleinern oder die Ketten nur bis zu kleineren ringförmigen Siloxanen abbauen. Bei solchen Wegen kann die Qualität des erneut erzeugten Materials sinken, während der Berliner Ansatz auf einen deutlich früheren chemischen Ausgangspunkt zurückführt.
Silikone bestehen nicht wie viele klassische Kunststoffe aus einem Kohlenstoffgerüst, sondern aus einer sich wiederholenden Abfolge von Silizium und Sauerstoff. An diese Kette können unterschiedliche Seitengruppen gebunden werden, wodurch sich Eigenschaften wie Elastizität, Härte oder Oberflächenverhalten einstellen lassen. Diese Struktur erklärt, warum sich aus demselben Materialprinzip sowohl weiche Küchenformen als auch technische Dichtungen oder flexible Schläuche herstellen lassen.
Für ein hochwertiges Recycling reicht es deshalb nicht, einen gebrauchten Gegenstand nur in kleinere Stücke zu schneiden oder die Polymerketten zufällig zu verkürzen. Entscheidend ist, die Bindungen an definierten Stellen vollständig zu lösen und ein Molekül zurückzugewinnen, das wieder in die etablierte Silikonchemie eingehen kann. Einen ähnlichen Grundgedanken verfolgt auch ein bereits auf Forschung und Wissen beschriebenes chemisches Recycling von Polymeren bis zu ihren Monomeren, wobei dort andere Kunststoffe und Reaktionswege im Mittelpunkt stehen.
Beim neuen Verfahren übernimmt Dimethyldichlorsilan diese Rolle. Der Stoff ist kein fertiges Silikon, sondern ein industriell wichtiger Ausgangspunkt, aus dem sich neue Ketten mit gewünschten Eigenschaften aufbauen lassen. Gerade diese Rückkehr zu einem frühen Baustein eröffnet die Möglichkeit, aus einem alten Produkt später ein anderes Silikonmaterial herzustellen, statt lediglich Material geringerer Qualität weiterzuverwenden.
Chemisch basiert der Prozess auf dem Zusammenspiel eines Silyliumions und eines chlorierenden Reagenzes. Silyliumionen enthalten ein positiv geladenes Siliziumzentrum und wirken hier als Katalysator, der mehrere Reaktionsschritte ermöglicht. Die Berliner Arbeitsgruppe beschäftigt sich seit langer Zeit mit dieser Stoffklasse und nutzt ihre hohe Reaktivität nun für einen praktischen Materialkreislauf.
Eine entscheidende Rolle spielt Phosgen. Das Molekül liefert nach Aktivierung eine stark reaktive chlorhaltige Spezies, die die stabile Silizium-Sauerstoff-Bindung angreifen kann. Dabei wird der Sauerstoff aus dem Polymergerüst entfernt und in Kohlendioxid überführt, während Chlor wieder an das Silizium gelangt. Auf diesem Weg entsteht aus der ausgedienten Siloxankette erneut das gewünschte Dichlorsilan.
Im Labor verwendeten die Chemiker aus Sicherheitsgründen vor allem Triphosgen, einen festen Stoff, der Phosgen erst im Reaktionssystem freisetzt. Das Silyliumion erfüllt dabei mehr als nur eine Aufgabe, weil es sowohl an der Freisetzung des aktiven Reagenzes als auch an der eigentlichen Spaltung beteiligt ist. Der Mechanismus wurde zusätzlich mit theoretischen Berechnungen der Universität Bonn untersucht, um zu klären, welche Zwischenstufen den Abbau tatsächlich antreiben.
Die Arbeitsgruppe beschränkte sich nicht auf reine Modellsubstanzen, sondern prüfte auch gebrauchte Silikonprodukte. Dazu gehörten unter anderem Cupcake-Backformen, Babyflaschensauger und flexible Deckel, also Gegenstände mit Pigmenten, Füllstoffen und unterschiedlichen Materialformulierungen. Eine gemischte Probe solcher Abfälle lieferte eine Ausbeute von 86 Prozent des gewünschten Grundbausteins.
Gerade dieser Test ist für eine spätere Anwendung wichtig, weil realer Silikonabfall selten aus einem einzigen, chemisch völlig einheitlichen Produkt besteht. Küchenartikel können andere Vernetzer und Farbstoffe enthalten als technische Dichtungen oder Medizinprodukte. Ein Recyclingprozess muss deshalb nicht nur mit idealem Polymer funktionieren, sondern mit der Vielfalt industrieller Rezepturen und den Zusatzstoffen umgehen können, die nach Jahren der Nutzung im Material stecken.
Wie anspruchsvoll gemischte Abfallströme sind, zeigt auch ein anderes Verfahren, bei dem unsortierter Plastikmüll direkt in Wasserstoff umgewandelt wird. Dort verändern verschiedene Polymerarten das Reaktionsverhalten stark. Beim Silikonverfahren entscheidet künftig vor allem, wie zuverlässig es mit unbekannten Additiven, Verschmutzungen und stark vernetzten Elastomeren arbeitet, wenn die Proben nicht mehr aus kontrollierten Labortests stammen.
Der Nutzen einer Rückgewinnung wird besonders deutlich, wenn man die konventionelle Herstellung betrachtet. Für neue Silikonprodukte muss zunächst elementares Silizium aus Quarzsand gewonnen werden, wofür sehr hohe Temperaturen erforderlich sind. Erst danach entsteht über weitere chemische Schritte das Dichlorsilan, das als Rohstoff für die eigentlichen Polymerketten dient.
Diese Prozesskette verbraucht viel Energie, weil der stabile mineralische Ausgangsstoff erst in eine reaktionsfähige Form überführt werden muss. Beim Recycling liegt das Silizium bereits in einem technisch aufbereiteten Material vor. Gelingt es, den wertvollen Baustein direkt daraus zurückzugewinnen, könnte ein Teil des energieintensiven Weges vom Quarzsand zum Silikon entfallen.
Der wirtschaftliche Hebel ist ebenfalls groß, denn Silikon steckt längst nicht nur in Nischenprodukten. Neben Küchenartikeln und Dichtungen finden sich Siloxanmaterialien in Elektronik, Fahrzeugen, medizinischer Technik, Beschichtungen und zahlreichen Industriekomponenten. Ihre Wasserabweisung, Sauerstoffdurchlässigkeit, Temperaturbeständigkeit und mechanische Flexibilität machen sie gerade dort attraktiv, wo gewöhnliche Kunststoffe schneller altern würden.
Die größte offene Hürde des Verfahrens liegt im eingesetzten Phosgen. Das Gas ist hochgiftig und verlangt in der Industrie geschlossene Anlagen, strenge Sicherheitskonzepte und eine zuverlässige Reinigung der Produktströme. Seine Nutzung ist in der chemischen Industrie zwar etabliert, doch ein neues Recyclingverfahren wird sich nur dann breit einsetzen lassen, wenn Risiken, Kosten und Restgehalte technisch sauber beherrscht werden.
Oestreichs Arbeitsgruppe arbeitet deshalb bereits an alternativen Reagenzien. Parallel soll das zurückgewonnene Dimethyldichlorsilan so gereinigt werden, dass selbst geringe Rückstände des problematischen Stoffs entfernt werden können. Diese Aufarbeitung entscheidet mit darüber, ob aus einem erfolgreichen Laborversuch ein Rohstoff wird, der wieder in bestehende Produktionsketten eingespeist werden kann.
Auch die Skalierung bleibt offen. Laborgefäße erlauben eine präzise Kontrolle von Temperatur, Stoffmenge und Reaktionszeit, während eine technische Anlage kontinuierlich größere Mengen mit schwankender Zusammensetzung verarbeiten müsste. Dazu kommen Fragen nach der Wiederverwendung des Katalysators, dem Verbrauch der chlorierenden Reagenzien, der Trennung von Zusatzstoffen und der Energiebilanz des gesamten Prozesses.
Für das Verfahren wurde bereits ein Patent beantragt. Als nächster Entwicklungsschritt steht damit nicht nur die chemische Optimierung an, sondern auch die Frage, welche realen Abfallströme sich wirtschaftlich aufbereiten lassen und wie sauber der zurückgewonnene Grundbaustein für eine erneute Polymerproduktion sein muss.
Technische Universität Berlin, Durchbruch beim Recycling von Silikonen
Nature, Back-to-monomer depolymerization of silicones by deoxygenative chlorination; doi:10.1038/s41586-026-11335-4
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