Grundlagen der Kunststoffabfallwirtschaft: Recycling & Dichte

Hast du schon einmal den Gelben Sack (oder die Wertstofftonne) nach draußen getragen? Obwohl er riesig ist und viel Platz wegnimmt, ist er federleicht. Ein kleiner Müllbeutel mit feuchtem Restmüll ist dagegen oft richtig schwer.

Genau dieses Phänomen ist eines der größten Probleme bei der Entsorgung von Plastik. In diesem Artikel schauen wir uns die Grundlagen der Kunststoffabfallwirtschaft an. Wir lernen, wie wir den Anteil von Kunststoff im Abfall berechnen können und wie wir das geringe Gewicht nutzen, um verschiedene Plastiksorten für das Recycling clever zu sortieren.

Vorwissen

• Dichte: Gibt an, wie viel Masse ein bestimmtes Volumen eines Stoffes hat. Die Formel lautet $\rho = \frac{m}{V}$.

  Beispiel: Wasser hat eine Dichte von $1{,}0 \text{ g/cm}^3$. Ein Stoff mit einer geringeren Dichte schwimmt im Wasser.

• Prozentrechnung: Um einen Anteil in Prozent zu berechnen, teilt man den Teil durch das Ganze.

  Beispiel: Wenn $2 \text{ kg}$ von insgesamt $10 \text{ kg}$ aus Plastik bestehen, ist der Anteil $\frac{2}{10} = 0{,}20 = 20 \%$.

Aufgabentyp 1: Masse und Volumen von Kunststoffabfällen

Kunststoffe sind sehr leichte Materialien. Sie haben eine geringe Dichte. Wenn wir uns den weltweiten Müll ansehen, fällt ein großer Unterschied auf: Kunststoffe machen nur einen sehr kleinen Teil des Gesamtgewichts aus (oft nur ca. $8 \%$). Aber weil Plastikverpackungen wie leere Flaschen oder Schaumstoffe viel hohlen Raum einschließen, nehmen sie extrem viel Platz weg. Ihr Anteil am Gesamtvolumen des Mülls ist riesig (oft über $20 \%$).

Um diese Mengen in der Abfallwirtschaft genau zu beschreiben, nutzen wir zwei wichtige Größen:

• Den Massenanteil $w$: Er beschreibt, wie viel Masse der Kunststoff im Vergleich zur gesamten Abfallmasse hat.

  $w(\text{Kunststoff}) = \frac{\textcolor{#08BFFF}{m(\text{Kunststoff})}}{\textcolor{#08BFFF}{m(\text{Abfall gesamt})}}$

• Den Volumenanteil $\varphi$: Er beschreibt, wie viel Volumen (Platz) der Kunststoff im Vergleich zum gesamten Abfallvolumen einnimmt.

  $\varphi(\text{Kunststoff}) = \frac{\textcolor{#53E5D6}{V(\text{Kunststoff})}}{\textcolor{#53E5D6}{V(\text{Abfall gesamt})}}$

Alltagsbezug: Weil Mülldeponien nicht wegen zu viel Gewicht, sondern wegen Platzmangel voll werden, ist das riesige Volumen von Plastik ein massives Problem. Zudem zersetzt sich Plastik in der Natur fast gar nicht. Deshalb ist das oberste Ziel immer die Müllvermeidung (z. B. Mehrwegflaschen statt Einwegflaschen nutzen), noch bevor wir über Recycling nachdenken.

Durchgerechnete Beispiele

Aufgabentyp 2: Trennung von Kunststoffen nach Dichte

Damit Kunststoffabfälle recycelt werden können, müssen sie zuerst sortenrein getrennt werden. Man kann nicht einfach alle Plastiksorten zusammen einschmelzen, da sie unterschiedliche chemische Eigenschaften haben.

Da die verschiedenen Kunststoffarten (wie PE, PS oder PVC) alle eine leicht unterschiedliche Dichte haben, nutzt man in der Industrie ein physikalisches Verfahren: das Schwimm-Sink-Verfahren.

Das Prinzip ist sehr einfach: Ein Kunststoff schwimmt an der Oberfläche einer Flüssigkeit, wenn seine Dichte kleiner ist als die der Flüssigkeit. Er sinkt zu Boden, wenn seine Dichte größer ist. Indem man die zerkleinerten Plastikabfälle in ein großes Becken mit einer speziellen Flüssigkeit (z. B. Wasser) gibt, kann man die schwimmenden Teile einfach von der Oberfläche abschöpfen und so von den gesunkenen Teilen trennen.

Das Schwimm-Sink-Prinzip im Experiment:

• Zweck: Beobachten, wie sich zwei verschiedene Kunststoffe in Wasser verhalten und voneinander trennen lassen.
• Materialien: Ein Becherglas, $200 \text{ mL}$ Wasser (Dichte $1{,}0 \text{ g/cm}^3$), 5 kleine Schnipsel aus PE (Polyethylen), 5 kleine Schnipsel aus PVC (Polyvinylchlorid).
• Durchführung:
  1. Fülle das Wasser in das Becherglas.
  2. Gib die PE- und PVC-Schnipsel gleichzeitig in das Wasser.
  3. Rühre kurz um und warte 10 Sekunden, bis sich das Wasser beruhigt hat.

• Beobachtung: Nach wenigen Sekunden schwimmen die PE-Schnipsel oben an der Wasseroberfläche. Die PVC-Schnipsel sinken komplett auf den Boden des Becherglases.
• Erklärung: PE hat eine geringere Dichte als Wasser und erfährt daher genug Auftrieb, um zu schwimmen. PVC hat eine höhere Dichte als Wasser und sinkt deshalb ab. So sind beide Kunststoffe erfolgreich getrennt.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Wenn man mehr als zwei Kunststoffe trennen muss, reicht ein einziges Wasserbecken oft nicht aus. Man muss den Vorgang in mehreren Stufen mit verschiedenen Flüssigkeiten planen.

1. Dichten ordnen: Notiere die Dichten aller Kunststoffe der Größe nach (von klein nach groß).
2. Erste Trennflüssigkeit wählen: Wähle eine Flüssigkeit, deren Dichte genau zwischen dem leichtesten Kunststoff und den restlichen Kunststoffen liegt. Der leichteste Stoff schwimmt und wird abgeschöpft. Die anderen sinken und werden für den nächsten Schritt gesammelt.
3. Zweite Trennflüssigkeit wählen: Nimm nun die gesunkenen Stoffe und gib sie in eine zweite Flüssigkeit. Deren Dichte muss nun zwischen den verbliebenen Kunststoffen liegen, um sie ebenfalls in „Schwimmer“ und „Sinker“ aufzuteilen.

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Kunststoffe haben eine geringe Dichte: Sie machen nur einen kleinen Massenanteil ($w$), aber einen sehr großen Volumenanteil ($\varphi$) des Abfalls aus.
• Müllvermeidung (z. B. Mehrweg) ist aufgrund des hohen Volumens und der Langlebigkeit von Plastik wichtiger als Recycling.
• Beim Schwimm-Sink-Verfahren werden Kunststoffe anhand ihrer unterschiedlichen Dichten getrennt.
• Ein Stoff schwimmt, wenn seine Dichte kleiner ist als die der Flüssigkeit, und er sinkt, wenn sie größer ist.