Covestro und Fraunhofer UMSICHT gewinnen Basischemikalien aus Altauto-Reststoffen

Der Kunststoffhersteller Covestro und das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT haben gemeinsam mit der Carbon Minds GmbH das Forschungsprojekt CARBEX gestartet. Ziel des Verbundvorhabens ist die Validierung eines Recycling-Prozesses, mit dem die Aromaten Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylole (BTEX) aus der Schredderleichtfraktion (SLF) – einem bislang überwiegend verbrannten Reststoff des Automobilrecyclings – gewonnen werden können. Die industrielle Federführung liegt bei Covestro.

BTEX-Aromaten sind essenzielle Grundstoffe der chemischen Industrie: Covestro nutzt Benzol als Vorstufe für die Produktion von MDI (Methylendiphenyldiisocyanat) und Toluol für die Produktion von TDI (Toluoldiisocyanat). Aus MDI entstehen beispielsweise Dämmschäume für Gebäude und Kühlgeräte sowie Struktur- und Akustikbauteile im Fahrzeugbau, aus TDI werden Weichschäume für Matratzen, Polstermöbel oder Autositze hergestellt. Genau solche Komponenten mit hohem Polyurethan-Anteil landen am Ende des Fahrzeuglebens wieder in der Schredderleichtfraktion. Damit eröffnet CARBEX die Perspektive eines geschlossenen Kreislaufs im Automobilrecycling.

„Mit CARBEX erschließen wir eine Kohlenstoffquelle, die bisher überwiegend verbrannt wird“, sagt Dr. Stefanie Eiden, Projektleiterin bei Covestro. „Wenn wir aus Schredderleichtfraktion Benzol und Toluol in der Qualität gewinnen, die in unseren MDI- bzw. TDI-Herstellungsprozessen genutzt werden kann, schließen wir einen Kreislauf und ersetzen gleichzeitig einen emissionsintensiven Schritt der Grundstoffchemie.“

Aromaten werden heute überwiegend durch das Steamcracking von fossilem Naphtha hergestellt – ein Verfahren, das allein in Deutschland prozessbedingte Emissionen von rund 8 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalent pro Jahr verursacht, zuzüglich etwa 11 Millionen Tonnen aus der Rohölgewinnung und Naphthaherstellung. Gleichzeitig fallen in Deutschland jährlich mehr als 466.000 Tonnen Schredderleichtfraktion an. Davon werden rund 210.000 Tonnen energetisch verwertet oder beseitigt. Der Polyurethananteil dieses Abfallstroms liegt im Durchschnitt bei 20 Gewichtsprozent, kann jedoch je nach Herkunft stark variieren.

Pyrolysekoks wird zum Katalysator

Technologische Grundlage von CARBEX ist die von Fraunhofer UMSICHT entwickelte und patentierte Pyromat-Technologie. Sie kombiniert eine Pyrolyse mit einem nachgeschalteten autokatalytischen Reforming, bei dem der im Prozess selbst entstehende Pyrolysekoks als Katalysator und Adsorbens eingesetzt wird. Bei etwa 500 °C begünstigen Koksbestandteile wie Calciumcarbonat, Titandioxid und Kupfer die Bildung aromatischer Verbindungen und binden gleichzeitig Halogene wie Chlor und Brom, sodass diese nicht in das Pyrolyseöl gelangen. Ein externer, teurer Katalysator, der durch Verunreinigungen realer Abfallströme rasch deaktiviert würde, ist damit nicht erforderlich.

In Vorversuchen im Labormaßstab erreichte Fraunhofer UMSICHT mit SLF einen BTEX-Gehalt von 62 Gewichtsprozent im Pyrolyseöl – rund 60 Prozent mehr als in konventionellen Pyrolyseölen – und reduzierte den Halogengehalt um bis zu 99 Prozent. Nach Berechnungen des Instituts liegen die prozessbedingten Emissionen der Pyromat-Route bei rund 1,1 Tonnen CO₂-Äquivalent pro Tonne BTEX und damit fast 40 Prozent unter den 1,6 bis 1,8 Tonnen des Steamcrackings.

„Die Pyromat-Technologie nutzt Pyrolysekoks als Katalysator und Adsorbens in einem – das macht das Verfahren robust und kostengünstig, gerade bei stark verunreinigten Abfallströmen“, erklärt Dr. Thomas Fehn, Projektleiter am Institutsteil Sulzbach-Rosenberg von Fraunhofer UMSICHT. „Im Projekt überführen wir diesen Ansatz vom Labor in den kontinuierlichen Technikumsbetrieb mit 10 Kilogramm pro Stunde.“

Marktstudien zufolge könnten bei einer breiten industriellen Anwendung des Verfahrens in Deutschland jährlich bis zu 640.000 Tonnen CO₂-Äquivalent eingespart werden. Zusätzlich sinken die rohstoffbedingten Emissionen, da fossiles Naphtha substituiert wird.

Vom Reststoff bis zum Isocyanat

CARBEX deckt die gesamte Wertschöpfungskette der BTEX-Produktion und -nutzung ab: Fraunhofer UMSICHT adaptiert eine eigene Pyrolyseanlage, baut einen bestehenden Festbett- zu einem Wanderbett-Reaktor um und identifiziert stabile Prozessfenster. Auf diesem Weg sollen mindestens 50 Kilogramm BTEX-reiches Pyrolyseöl mit Halogengehalten unter 30 ppm hergestellt werden. Dies ist der Grenzwert für den Einsatz in großtechnischen Anlagen für die Weiterverarbeitung. Covestro entwickelt modellbasiert das Trennkonzept, mit dem die Einzelaromaten Benzol und Toluol destillativ aus dem Pyrolyseöl abgetrennt werden, validiert diese anschließend in den Anwendungspfaden MDI und TDI und erstellt eine techno-ökonomische Analyse. Die Carbon Minds GmbH verantwortet als unabhängiger Partner die ISO-konforme cradle-to-gate-Lebenszyklusanalyse der neuen Wertschöpfungskette.

Kreisläufe schließen, Quoten erfüllen

Der Bedarf ist erheblich: Branchenanalysen zufolge werden in Deutschland jährlich über 2,6 Millionen Tonnen Aromaten mit einem Marktwert von rund 1,95 Milliarden Euro produziert. Gleichzeitig steigen die regulatorischen Anforderungen im Recycling – die EU-Altfahrzeug-Verordnung ELVR sieht zum Beispiel verpflichtende Rezyklateinsatzquoten für Kunststoffe im Auto ab 2032 vor - ein Teil des Rezyklats muss dabei aus Altfahrzeugen stammen. Über die CARBEX Route chemisch recyceltes Polyurethan könnte diese Anforderungen erfüllen.

Das Projekt CARBEX (Laufzeit 09/2026–08/2029) wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt im Rahmen der Fördermaßnahme „Vermeidung von klimarelevanten Prozessemissionen in der Industrie (KlimPro-Industrie II)“ gefördert.