Die Abfallströme aus den Verarbeitungsprozessen umfassen typischerweise überschüssige Acrylsäuremonomere sowie die langkettigen Oligomere, die sich bei Abbruch der Polymerisation bilden, zusätzlich zu verschiedenen Diacrylatverbindungen, die durch unerwartete Nebenreaktionen entstehen. Bei thermischem Abbau dieser Stoffe entstehen Kohlendioxid sowie andere flüchtige organische Verbindungen wie 2-Ethylhexen-1. Die meisten Anlagen müssen pro Tonne produziertem 2-Ethylhexylacrylat etwa 180 Kilogramm dieser komplexen Rückstände entsorgen. Eine präzise Einstellung der Reaktortemperatur spielt eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung unerwünschter Verunreinigungen, ohne die Effizienz der Polymerisation einzuschränken. Selbst geringfügige Schwankungen können sowohl die Produktqualität als auch die Einhaltung umweltrechtlicher Vorgaben erheblich beeinflussen.
Wenn Unternehmen Prozesse mit Natriumhydroxid neutralisieren, entstehen pro 100 Tonnen produziertem Material etwa 1,7 Tonnen anorganischer Schlamm. Woraus besteht dieses Rückstandsmaterial genau? Hauptsächlich aus Metallhydroxiden, die sich aus verbrauchten Katalysatoren ergeben, sowie aus verschiedenen Salzen, die während der pH-Regulierung ausgeschieden werden. Das Material ist in der Regel stark alkalisch, was bedeutet, dass es im Laufe der Zeit Anlagen auffressen kann und auf keinen Fall in Grundwasservorkommen gelangen darf. Betrachtet man konkrete Zahlen aus der gesamten Branche, so geben Anlagen typischerweise jährlich deutlich mehr als 74.000 USD allein für die Entsorgung dieser Art von Abfallstoffen auf einer mittelgroßen Produktionslinie aus. Zum Glück zeichnet sich am Horizont Hoffnung ab: Der Einbau von geschlossenen Spül-Systemen reduziert diesen problematischen Abfallstrom drastisch – allerdings erfordert die Inbetriebnahme solcher Systeme eine gewisse Vorabinvestition und sorgfältige Planung.
Das kontrollierte Destillationsverfahren ermöglicht die Rückgewinnung noch unreaktiver Acrylsäure aus diesen oligomerreichen Abstromen. Dieser Stoff ist als Ausgangsrohstoff für andere Produkte äußerst wertvoll. Durch die Begrenzung der Temperatur auf unter 140 Grad Celsius wird eine übermäßige thermische Zersetzung verhindert. Andernfalls entstehen zähflüssige Rückstände, die im Laufe der Zeit zahlreiche Anlagenteile beschädigen können. Dank moderner fraktionierter Kolonnen erreichen die meisten Anlagen heute eine Rückgewinnungsquote von über 90 % der Acrylsäure. Das ist durchaus beeindruckend im Vergleich zu älteren Verfahren, bei denen lediglich etwa 25 % weniger Oligomerzerfall auftrat. Diese Verbesserungen bedeuten Kosteneinsparungen bei den Rohstoffen und reduzieren die Häufigkeit von Reaktorabschaltungen zur Reinigung.
Das Abwasser nach der Reaktion enthält 5–15 % Restacrylsäure und erfordert eine gezielte Rückgewinnung. Zwei bewährte Verfahren sind:
Beide Verfahren wandeln Abwasserbelastungen in wiederverwendbare Ressourcen um und senken die Rohstoffkosten jährlich um 18–24 %. Die Auswahl hängt vom betrieblichen Kontext ab:
| Methode | Säurekonzentrationsbereich | Energieverbrauch | Rückstandserzeugung |
|---|---|---|---|
| Reaktive Extraktion | >8% | - Einigermaßen | Geringe Lösungsmittelabfallmenge |
| Ionenaustausch | 1–8% | Niedriger | Regenerationssole |
Traditionelle biologische Behandlungsverfahren reichen nicht aus, um hartnäckige Reste von 2-Ethylhexylacrylat zu beseitigen, da diese Verbindungen einem natürlichen Abbau widerstehen. Das Verfahren mit Ozon plus Wasserstoffperoxid erzeugt hochreaktive Hydroxylradikale, die innerhalb weniger Minuten etwa 86 bis nahezu alle dieser schwer abbaubaren organischen Substanzen angreifen können. Was geschieht danach? Diese Radikale spalten komplizierte Kohlenstoffstrukturen entweder in Bestandteile auf, die Bakterien leicht abbauen können, oder wandeln sie vollständig in Kohlendioxid und Wasser um. Bei der Behandlung von Abwasser mit Acrylsäure führt eine optimale Dosierung von Ozon und Peroxid bei neutralem bis leicht alkalischen pH-Wert zur Entfernung von rund 95 % der Schadstoffe, ohne schädliche Nebenprodukte zu erzeugen. Praxisversuche haben gezeigt, dass dieser Ansatz die Betriebskosten im Vergleich zu wärmebasierten Alternativen um etwa 40 bis 60 Prozent senkt; zudem fällt danach keinerlei zusätzlicher Abfall an. Und das ist aus mehreren Gründen nachvollziehbar.
Dieser Oxidationsansatz ermöglicht die Einhaltung strenger Einleitgrenzwerte (< 0,1 ppm Acrylsäure) und erlaubt gleichzeitig eine Wasserrückgewinnungsrate von 70–85 %. Kontinuierliche Reaktorkonzepte mit automatisierter Peroxid-Dosierung senken den Ozonverbrauch um 15–30 % und verbessern so die Energieeffizienz weiter.
Tiefe Eutektische Lösungsmittel (DES) stellen im Vergleich zu den herkömmlichen Natriumhydroxid-Verfahren zur Herstellung von 2-Ethylhexylacrylatestern eine umweltfreundlichere Alternative dar. Diese aus natürlichen Rohstoffen hergestellten und für die Beschäftigten sicheren Lösungsmittel verhindern die Bildung saurer Abfälle bereits im Vorfeld – etwas, das herkömmliche NaOH-Behandlungen definitiv nicht leisten, da sie bei der Neutralisation gefährlichen Schlamm erzeugen. Praxisversuche zeigen, dass Fabriken durch den Einsatz von DES ihre Abfallmengen um rund 40 % senken können, ohne Einbußen bei der Umwandlungsrate des Acrylats in Endprodukte hinnehmen zu müssen. Was DES wirklich auszeichnet, ist ihre Wiederverwendbarkeit über mehrere Reaktionen hinweg, wodurch insgesamt weniger Ressourcen für die Produktion benötigt werden. Statt wie bei den meisten Verfahren Abfall erst nachträglich zu behandeln, verhindern DES dessen Entstehung von vornherein. Dieser Ansatz passt nahtlos in das Konzept der Grünen Chemie, da Unternehmen sowohl Kosten für die Entsorgung sparen als auch ihre Umweltbelastung deutlich reduzieren. Der gesamte Veresterungsprozess wird durch den Einsatz dieser Lösungsmittel deutlich sauberer und ermöglicht so ein zirkuläres Produktionsmodell, bei dem alle Komponenten effizient und nachhaltig zusammenwirken.
Zu den wichtigsten Abfallströmen zählen Reaktoreffluente mit Restmengen an Acrylsäure, Oligomeren und Diacrylat-Nebenprodukten sowie Katalysator-Neutralisierungsrückstände aus alkalischen Waschprozessen und pH-Anpassungsschlämmen.
Acrylsäure kann mittels reaktiver Extraktion mit tertiären Amin-Lösungsmitteln oder mittels Ionenaustausch unter Verwendung funktionalisierter Harze zurückgewonnen werden.
DES stellen eine umweltfreundlichere Alternative zu herkömmlichen Verfahren dar und reduzieren den Abfall um 40 % sowie die Bildung saurer Abfälle während der Veresterung zu 2-Ethylhexylacrylat.
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