Kemiallisessa kierrätyksessä polymeerien ketjut pilkotaan pienemmiksi molekyyleiksi, joita voidaan hyödyntää uusien polymeerien tai öljytuotteiden valmistuksessa. Polymeerien ketjujen katkeaminen ja uusien molekyylien muodostuminen on kemiallinen tapahtuma, josta kemiallinen kierrätys on saanut nimensä. Näitä prosesseja ei tällä hetkellä vielä ole juurikaan olemassa kaupallisessa mittakaavassa.
Kemiallisen kierrätyksen prosessit voidaan jakaa termolyyttisiin ja puhtaasti kemiallisiin menetelmiin. Termolyyttiset menetelmät perustuvat lämpökäsittelyyn ja niistä tärkeimmät ovat pyrolyysi ja kaasutus. Termolyyttisissä menetelmissä on tärkeää huolehtia siitä, että jätteen mukana ei oleole klooria tai muuta halogeeneja sisältäviä yhdisteitä (pääasiassa PVC- tai PTFE-muovit) tai kloorin käsittely pitää olla huomioitu tarkasti prosessissa. Kloori voi aiheuttaa laitteiston kulumista ja vaarallisia HCl päästöjä. Toisaalta jotkut jätevoimalat maailmalla myyvät HCl:ää tai sen neutralointituotetta CaCl2:ia eteenpäin.
Kemiallisen kierrätyksen suurimpia haittoja on sen rajallisuus ja taloudellinen kilpailukyky. Koska kierrätyskapasiteetti on rajallista, nousee myös tuotteiden hinta. Muovien valmistuksessa käytettävien peruskemikaalien hinta on niin alhainen, että kemiallisesta kierrätyksestä on vaikea saada taloudellisesti kannattavaa. Kierrätyksestä saatavan taloudellisen korvauksen pitäisi kattaa myös jätteen keräys- ja puhdistuskustannukset, jotta kierrätys olisi taloudellisesti kannattavaa. Ja koska vain 4 % öljyntuotannosta käytetään muoveihin, ei sitää myöskään synny tarpeeksi jätettä esimerkiksi bitumin järkevään valmistukseen.
Pyrolyysi
Pyrolyysi on menetelmä, jossa muovijätettä hajotetaan hapettomissa lämmittämällä. Polymeerien ketjut katkeavat korkeissa lämpötiloissa ja lopulta muodostuu pieniä molekyylejä, parhaillaan jopa monomeerejä. Pyrolyysissä voidaan käyttää myös katalyyttejä, jolloin ei tarvita yhtä korkeita lämpötiloja ja lopputuotteiden jakaumasta saadaan pienempi. Pyrolyysin lopputuotteena saadaan lyhyitä hiilivetyjä, aromaattisia yhdisteitä ja alkeeneja. Näitä voidaan käyttää polttoaineena jatkokäsittelyn jälkeen. Katalyytit ovat hyvin herkkiä jätteiden mukana tuleville epäpuhtauksille.
Pyrolyysin hyötynä on kaatopaikkajätteen ja kasvihuonekaasujen väheneminen, mahdollisuus käyttää raaka-aineena sekalaista muovijätettä sekä taloudellisesti hyödynnettävissä oleva lopputuote. Haittana on mm. jäljelle jäävät pohjatervat sekä se, että jos pyrolyysin avulla tehdään polttoainetta, vaikkapa dieseliä, koko prosessia ei luokitella lainkaan kierrätykseksi.
Kaasutus
Kaasutus perustuu myös muovien hajottamiseen lämmön avulla. Kaasutuksessa käytetään yleensä leijupetireaktoreita tai kupliva peti -, joissa muovijäte syötetään ensin leijupetiin mihin puhalletaan tavallista tai puhdasta ilmaa. Pedissä muovi hajoaa osittain tai täysin ja se kaasuttuu. Seuraavaksi kaasut johdetaan sykloneihin, josta ne voidaan pestä ja erotellaan toisistaan kondensoimalla.
Käyttämällä kaasutukseen vajaata ilmaa ja erittäin korkeaa lämpötilaa, saadaan prosessista synteesikaasua eli H2 ja CO seoasta, josta voidaan rakentaa uudelleen paljon erilaisia kemikaaleja. Kaasutuksessa raaka-aineen mukana voidaan käyttää myös biomassaa, hiiltä tai viemärijätettä. Tällaisia laitoksia myös on jo ennestään muutamissa maissa, kuten Saksassa ja Etelä-Afrikassa.
Puhtaasti kemialliset menetelmät
Puhtaasti kemiallisiin kierrätysmenetelmiin lukeutuvat hydrolyysi, glykolyysi, hydroglykolyysi, metanolyysi, aminolyysi, ja aminoglykolyysi. Nämä menetelmät sopivat paremmin askel- eli kondensaatiopolymeroinnissa valmistettuihin polymeereihin, koska siinä käytetyt monomeerit sisältävät substituentteja, jotka reagoivat keskenään (ja lohkeavat pois) ja näistä kohdista voidaan toteuttaa päinvastaiset reaktiot tuomalla kohtaan vastaava poislohjennut ryhmä.
Hydrolyysissä hajottamiseen käytetään vettä, glykolyysissä glykoleja, hydroglykolyysissä edellä mainittuja käytetään samanaikaisesti, metanolyysissä metanolia, aminolyysissä amiineja ja aminoglykolyysissä amiineja ja glykooleja. Tuotteina näistä saadaan yleensä polymeerien monomeereja tai niiden johdannaisia. Näitä voidaan käyttää uusien polymeerien tai vastaavien tuotteiden valmistuksessa. Näistä on olemassa joitain puolikaupallisia esimerkkejä ainakin polyamidin, polyuretaanin ja olykarbonaatin osalta.
Muovien kierrätys 