Qua­li­täts­kon­trol­le für Pyrolyseöle

Der­zeit durch­läuft die che­mi­sche Indus­trie einen der tief­grei­fends­ten Trans­for­ma­ti­ons­pro­zes­se ihrer Geschich­te. Wäh­rend sich Dis­kus­sio­nen in Euro­pa häu­fig auf stei­gen­de Ener­gie­kos­ten und zuneh­men­de regu­la­to­ri­sche Belas­tun­gen kon­zen­trie­ren — Her­aus­for­de­run­gen, die durch poli­ti­sche Maß­nah­men adres­siert wer­den kön­nen — wird ein wei­te­rer Schlüs­sel­aspekt häu­fig über­se­hen: die lang­fris­ti­ge Sicher­heit und Nach­hal­tig­keit che­mi­scher Roh­stof­fe. In einer Welt, die durch geo­po­li­ti­sche Insta­bi­li­tät in allen wich­ti­gen ölpro­du­zie­ren­den Regio­nen geprägt ist und durch den stei­gen­den öffent­li­chen Druck, Res­sour­cen ver­ant­wor­tungs­be­wusst ein­zu­set­zen, ist die Kreis­lauf­wirt­schaft zu einer grund­le­gen­den stra­te­gi­schen Prio­ri­tät geworden.

Ein zen­tra­ler Pfei­ler die­ses Kreis­lauf­an­sat­zes ist die Umwand­lung von Kunst­stoff­ab­fäl­len in nütz­li­che Roh­stof­fe. Durch Pyro­ly­se bei erhöh­ten Tem­pe­ra­tu­ren und Druck kön­nen Kunst­stof­fe und ande­re Abfall­strö­me in Pyro­ly­se­öl aus Kunst­stoff­ab­fäl­len (WPPO) und Pyro­ly­se­gas umge­wan­delt wer­den. Bei­des sind wert­vol­le Roh­stof­fe, die wie­der in die che­mi­sche Wert­schöp­fungs­ket­te inte­griert wer­den kön­nen. Durch die­sen Pro­zess kön­nen Abfall­stof­fe mit­tels Ener­gie­zu­fuhr in neue Roh­stof­fe umge­wan­delt wer­den, wodurch die Abhän­gig­keit von Erd­öl und Erd­gas ver­rin­gert und lang­fris­tig mög­li­cher­wei­se sogar besei­tigt wer­den kann. Sol­che Ent­wick­lun­gen sind beson­ders vor­teil­haft für Regio­nen, die stark von fos­si­len Impor­ten abhän­gig sind, dar­un­ter Euro­pa, Indi­en und Ostasien.

Die Ver­wen­dung von WPPO als Ersatz für Roh­öl bringt jedoch neue ana­ly­ti­sche Her­aus­for­de­run­gen mit sich. Im Gegen­satz zu natür­li­chem Erd­öl ent­hal­ten Pyro­ly­se­öle eine Viel­zahl von Sub­stan­zen, die aus Addi­ti­ven stam­men, die wäh­rend des ers­ten Lebens­zy­klus der Kunst­stof­fe ver­wen­det wur­den. Ein beson­ders kri­ti­scher Bestand­teil ist Flu­or. Wäh­rend es in Mine­ral­ölen nahe­zu nicht vor­kommt, kann die Fluor­kon­zen­tra­ti­on in Pyro­ly­se­ölen je nach Ein­gangs­ma­te­ri­al erheb­lich vari­ie­ren. Selbst in gerin­gen Men­gen stellt Flu­or ein ernst­haf­tes Risi­ko für Raf­fi­ne­rie­pro­zes­se dar, da es als Kata­ly­sa­tor­gift wirkt und star­ke Kor­ro­si­on ver­ur­sacht. Zuver­läs­si­ge und schnel­le Ana­ly­se­tech­ni­ken sind daher uner­läss­lich, um den Flu­or­ge­halt zu über­wa­chen und nach­ge­la­ger­te Pro­zes­se zu schützen.

Tra­di­tio­nell basiert die Flu­or­be­stim­mung auf der Ver­bren­nungs­io­nen­chro­ma­to­gra­phie (CIC), einer bewähr­ten, aber zeit­auf­wän­di­gen Metho­de. Als Reak­ti­on auf die Nach­fra­ge der Indus­trie nach schnel­le­ren und effi­zi­en­te­ren Ana­ly­sen wur­de eine neue Lösung ent­wi­ckelt, die die pyro­hy­dro­ly­ti­sche Hoch­tem­pe­ra­tur­ver­bren­nung mit der High-Reso­lu­ti­on-Con­ti­nu­um-Source (HR-CS) Mole­kül­ab­sorp­ti­ons­spek­tro­me­trie (MAS) kom­bi­niert. Bei die­sem Ansatz wer­den WPPO-Pro­ben in Gegen­wart von Was­ser bei hohen Tem­pe­ra­tu­ren ver­brannt, wodurch Flu­or in einer wäss­ri­gen Lösung in einer ein­heit­li­chen und sta­bi­len Form auf­ge­fan­gen wer­den kann, wäh­rend die Kom­ple­xi­tät der orga­ni­schen Matrix eli­mi­niert wird. Gal­li­um wird hin­zu­ge­fügt, um Gal­li­um­fluo­rid­mo­le­kü­le zu bil­den, die dann mit hoher Emp­find­lich­keit mit­tels MAS nach­ge­wie­sen wer­den. Die­se Tech­nik ermög­licht die Flu­or­ana­ly­se auf Stan­dard-Atom­ab­sorp­ti­ons­spek­tro­me­trie-Sys­te­men (AAS) und redu­ziert den Platz­be­darf der Gerä­te und die Betriebs­kos­ten im Ver­gleich zu her­kömm­li­chen Auf­bau­ten erheblich.

Die Metho­de wird mit zwei sich ergän­zen­den Gerä­ten umge­setzt: dem ICprep, das mit einer selb­st­op­ti­mie­ren­den Ver­bren­nungs­steue­rung aus­ge­stat­tet ist, und dem con­trAA 800 G, das sowohl als MAS-Sys­tem als auch als voll funk­ti­ons­fä­hi­ges AAS-Sys­tem betrie­ben wer­den kann. Die kon­trol­lier­te Ver­bren­nung im ICprep gewähr­leis­tet eine siche­re und voll­stän­di­ge Oxi­da­ti­on einer Viel­zahl orga­ni­scher Pro­ben, ohne dass spe­zi­el­le Kennt­nis­se des Bedie­ners erfor­der­lich sind. Das con­trAA 800 G ermög­licht zusätz­lich die Metall­ana­ly­se in den­sel­ben Matri­zen, wodurch ein sepa­ra­tes ICP-OES-Sys­tem oft über­flüs­sig wird.

Unter­su­chun­gen haben gezeigt, dass der kom­bi­nier­te ICprep-con­trAA-Ansatz eine mit eta­blier­ten CIC-Metho­den ver­gleich­ba­re Emp­find­lich­keit und Genau­ig­keit erzielt und gleich­zei­tig den Durch­satz auf­grund kür­ze­rer Ana­ly­se­zei­ten deut­lich erhöht. Mit die­ser neu­en Metho­de lässt sich Flu­or in Pyro­ly­se­ölen schnel­ler, zuver­läs­si­ger und effi­zi­en­ter über­wa­chen, was eine brei­te­re Inte­gra­ti­on von kreis­lauf­fä­hi­gen Roh­stof­fen in die petro­che­mi­sche Wert­schöp­fungs­ket­te unter­stützt. Durch die schnel­le und robus­te Flu­or­ana­ly­se besei­tigt die Lösung ein wesent­li­ches Hin­der­nis für die brei­te Ein­füh­rung von Pyro­ly­se­ölen und stärkt den Weg der Bran­che hin zu einer nach­hal­ti­ge­ren und wider­stands­fä­hi­ge­ren Zukunft.