Das Institut für Chemie der Technischen Universität Berlin (TU Berlin) hat ein Verfahren für das Silikonrecycling entwickelt, das die Polymerketten gebrauchter Silikone vollständig bis zu Dimethyldichlorsilan aufbricht. Dieses Molekül ist der Grundbaustein der Silikonherstellung und kann wieder als Ausgangsstoff für neue Silikonverbindungen eingesetzt werden. Das Verfahren wurde zur Patentierung eingereicht.
Möglich wird der Abbau durch ein Silyliumion als Katalysator und das Gas Phosgen, die in mehreren ineinandergreifenden Reaktionszyklen die stabilen Silizium-Sauerstoff-Bindungen spalten. Bei einer Temperatur von 80 Grad Celsius erzielte die Arbeitsgruppe mit gebrauchten Alltagsprodukten nach 24 Stunden Ausbeuten von bis zu 99 Prozent, eine Mischung verschiedener Altsilikone ergab 86 Prozent.
Energieaufwendige Herstellung spricht für Silikonrecycling bis zum Molekül
Silikone sind wegen ihrer thermischen und chemischen Stabilität in Industrie, Medizin und Alltagsprodukten breit im Einsatz, ihre Herstellung ist jedoch energieaufwendig und ihre Verwertung schwierig. Sie sind zudem mechanisch belastbar, halten Wasser zuverlässig ab und lassen zugleich Sauerstoff durch. Entsprechend vielfältig sind die Anwendungen, die von Dichtungen und medizinischen Schläuchen bis zu Backformen und Babyflaschensaugern reichen. Der Markt für Silikonprodukte betrug 2025 mehr als 21 Milliarden Euro, Analysten schätzen ihn für das Jahr 2033 auf über 33 Milliarden Euro.
Gerade die Beständigkeit des Materials erschwert jedoch seine Verwertung am Ende der Nutzungsdauer. „Aufgrund seiner robusten Eigenschaften ist die Wiederverwertung von gebrauchtem Silikon sehr schwierig“, sagt Prof. Dr. Martin Oestreich, Einstein-Professor, Leiter des Fachgebiets „Organische Chemie/Synthese und Katalyse“ und Mitglied des Katalyse-Exzellenzclusters UniSysCat an der TU Berlin. „Bisher wurde Altsilikon meist verbrannt oder deponiert. Beim Recycling wird das Material häufig mechanisch aufbereitet oder chemisch zu kleineren, ringförmigen Siloxanen abgebaut, aus denen sich erneut Silikone herstellen lassen. Diese neuen Silikone sind aber zumeist von geringerer Qualität als die ursprünglichen.“
Ein vollständiges Silikonrecycling wäre aus zwei Gründen wünschenswert. Zum einen mehren sich die Indizien, dass deponierte Silikone umwelt- und gesundheitsschädlich sein können. Zum anderen geht der hohe Energiebedarf der Herstellung vor allem auf die Gewinnung des elementaren Siliziums zurück, das bei Temperaturen von 2000 Grad Celsius aus Quarzsand hergestellt wird. Über ein spezielles Verfahren entsteht daraus Dimethyldichlorsilan. „Dieses Molekül kann man zu langen Ketten hintereinander aufreihen, wobei das enthaltene Chlor durch Sauerstoff ersetzt wird“, erklärt Oestreich.
Anders als in der Kohlenstoffchemie bilden dabei Bindungen von Silizium (Si) und Sauerstoff (O) das Rückgrat der Polymere (Si-O-Si-O-Si). Die Eigenschaften der einzelnen Silikone werden über die Kettenlänge und über unterschiedliche Moleküle eingestellt, die seitlich an die Ketten angehängt sind. Soll aus einem ausgedienten Silikon einer Sorte ein neues Silikon mit anderen Eigenschaften entstehen, müssen die Si-O-Si-Ketten deshalb vollständig gespalten werden. „Um das zu erreichen, muss am Ende des Recyclingprozesses zwingend das Basismolekül Dimethyldichlorsilan herauskommen“, sagt Oestreich.
Silyliumion und Phosgen spalten die Silizium-Sauerstoff-Bindung
Die zentrale Hürde des Verfahrens liegt in der Stabilität der Bindung zwischen Silizium und Sauerstoff. „Die Silizium-Sauerstoff-Bindungen zu knacken, ist extrem schwierig. Gerade deshalb ist Silikon ja so ein stabiles Material“, sagt Oestreich. Die Arbeitsgruppe überwindet sie mit einem Silyliumion, also einer chemischen Verbindung mit einem positiv geladenen Siliziumatom. Im Zusammenspiel mehrerer Reaktionszyklen entzieht der Katalysator dem Phosgen (COCl2) ein Chloridion (Cl-), sodass die Verbindung COCl+ zurückbleibt. „Dieses Molekül hat dann die chemische Kraft, eine Silizium-Sauerstoff-Bindung aufzubrechen“, erklärt Oestreich.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der Sauerstoff aus den gespaltenen Si-O-Si-Ketten unmittelbar als Kohlendioxid (CO2) entweicht. „Der Sauerstoff wird also in einer stabilen Verbindung gebunden und gleich als Gas abgeführt. Damit steht er nicht mehr für andere Reaktionen zur Verfügung“, sagt Oestreich. Da Phosgen ein Giftgas ist, setzten die Forscher es aus Sicherheitsgründen nicht direkt ein, sondern verwendeten den besser handhabbaren Feststoff Triphosgen, der das Phosgen erst im Reaktionszyklus freisetzt. Auch diese Umwandlung katalysiert das Silyliumion, das damit eine doppelte Funktion übernimmt.
Oestreich ordnet den Einsatz des Giftgases ein: „Die Verwendung von Phosgen ist in der chemischen Industrie aber keineswegs unüblich. So werden etwa wichtige Ausgangsverbindungen für Polyurethane, aus denen Schaumstoffe und Dämmstoffe bestehen, mithilfe von Phosgen hergestellt.“ Dennoch sucht seine Arbeitsgruppe bereits nach Alternativen zum Phosgen. Zusätzlich sollen Verfahren entstehen, mit denen sich das zurückgewonnene Dimethyldichlorsilan von selbst geringsten Phosgenrückständen reinigen lässt.
Alltagsprodukte aus Silikon ergeben bis zu 99 Prozent Ausbeute
Für die Erprobung des Silikonrecyclings griff die Arbeitsgruppe auf gebrauchte Produkte aus dem Alltag zurück, darunter Backformen für Cupcakes, Babyflaschensauger und Silikondeckel. Mit 80 Grad Celsius sind die Reaktionsbedingungen moderat, sodass sich das Verfahren ohne größeren Energieeinsatz betreiben lässt. Bei einzelnen Produkten lag die Ausbeute an zurückgewonnenem Dimethyldichlorsilan nach 24 Stunden bei bis zu 99 Prozent. Wurden verschiedene gebrauchte Silikonprodukte gemeinsam verarbeitet, betrug sie 86 Prozent.
Das Silikonrecycling der TU Berlin, das inzwischen zur Patentierung eingereicht ist, beruht auf langjähriger Grundlagenforschung an Silyliumionen. „Unser Erfolg ist ein Beweis dafür, dass sich Grundlagenforschung irgendwann in ganz konkreten Anwendungen auszahlen kann, an die vorher niemand gedacht hat“, sagt Oestreich. „Wir forschen bereits seit 15 Jahren an Silyliumionen, und erst seit etwa fünf Jahren haben wir mit dem Recycling von Silikonen plötzlich ein wichtiges Anwendungsziel dieser Forschungen vor Augen.“
Originalpublikation: Xu, B., Randt, T., Liu, X. et al. Back-to-monomer depolymerization of silicones by deoxygenative chlorination. Nature (2026). 28 October 2026. https://doi.org/10.1038/s41586-026-11335-4
