Kunststoffen recyclen door dissolutie

Thema:
Dissolutie

Momenteel recyclet men slechts 30% van het kunststof afval, waarvan ook maar de helft in hoogwaardige toepassingen. Maar Nederland wil in 2050 100% circulair zijn. Om de keten van plastics te sluiten, hebben we nieuwe recyclingtechnologieën nodig. Daarom ontwikkelden we het TNO Möbius-oplosproces. Een selectief oplossingsproces waarmee we polymeren en additieven uit kunststofafval op een grondstofefficiënte, milieuvriendelijke manier recyclen.

Plastic recyclen

Wat is de beste, duurzame oplossing voor afvalverwerking en recycling? Bedrijven kiezen in eerste instantie voor het recyclen van plastic naar plastic, ofwel mechanische recycling. Maar wat als dat  niet mogelijk is? Of als er het gerecyclede plastic alleen hergebruikt kan worden in laagwaardige toepassingen, ook wel ‘downcycling’ genoemd? Dan zijn andere technologieën voorhanden om de plastics op te zuiveren. Bijvoorbeeld een extra stap van chemisch recyclen. Dit splitst de verschillende polymeren in componenten die bedrijven kunnen gebruiken om nieuwe kunststoffen te maken. Tussen mechanisch en chemisch recycling is er nog een derde technologie: dissolutie.

Dissolutie

Bij dissolutie zetten we een oplosmiddel in dat het ene polymeer wel oplost en het andere niet of hulpstoffen niet. Door middel van dissolutie scheiden we verschillende polymeren van elkaar, om de vervolgens een of meer zuiveringsstappen uit te kunnen uitvoeren. Deze stappen vormen samen een proces voor recyclen van afvalplastic in een kunststof die hergebruikt kan worden in een gelijkwaardige toepassing. De uitdaging is dat  de combinatie van plastics en hulpstoffen steeds anders is in verschillende plastic afvalstromen. Daarom gaan we daar waar nodig op zoek naar nieuwe, unieke combinaties van oplosmiddel en polymeertype voor het afval-aanbod.

Eisen nieuwe recyclingtechnologieën

We ontwikkelen technologieën om polymeren en hulpstoffen uit plastic afval fysisch te recyclen met dissolutie. Dat proces moet bovendien:

  • continu, goedkoop en efficiënt zijn
  • op grote schaal werken
  • omgaan met variaties in grondstof
  • constante kwaliteit leveren

Het sluiten van de kunststofcyclus

Het nieuwe beleidsdoel is om in 2050 circulair te zijn. Er zijn verschillende recyclingtechnologieën om de kunststofcyclus te sluiten. Tegenwoordig recyclen we maar ongeveer 15% van onze kunststoffen in hoogwaardige toepassingen. Dit zijn monostromen (stromen die bestaan uit één materiaal- of productsoort) die gesorteerd zijn vanuit kunststofafval uit:

  • verpakkingen, bijvoorbeeld flessen, bakjes en zakjes
  • afgedankte elektronica, bijvoorbeeld koelkastinterieurs, computers
  • bouwafval, bijvoorbeeld raamkozijnen

Nieuwe fysische en thermochemische recyclingtechnologieën

Bovengenoemde  afvalstromen recyclet men op mechanische wijze tot plastic granulaat. Dit hergebruiken bedrijven om kleine stijve kunststof voorwerpen en non-food verpakkingen mee te maken. Van gemengde kunststoffen maakt men grote objecten, zoals tuinmeubelen. Bij TNO investeren we in nieuwe mechanische, fysische en thermochemische recyclingtechnologieën. Daarmee vergroten we het gerecyclede aandeel. Met deze nieuwe technologieën verwerken we complexere afvalstromen. Ook produceren we grondstoffen voor hoogwaardige toepassingen.

Afbeelding van een TNO-medewerker die de Mobius opstelling aanstuurt in een TNO-lab om onderzoek te doen naar nieuwe recyclingtechnologieën.
Afbeelding van een TNO-medewerker die de Mobius opstelling aanstuurt in een TNO-lab om onderzoek te doen naar nieuwe recyclingtechnologieën.

Kunststoffen recyclen tot gezuiverde polymeren

We ontwikkelden een fysische recycling technologie onder oververhitte omstandigheden, voor het selectief oplossen van bepaalde polymeren uit een plastic mix. Deze technologie combineren we met het verwijderen van onzuiverheden uit de polymeeroplossing, waarna we het gezuiverde polymeer terugwinnen. Deze technologie is gebaseerd op het gebruik van een laagkokend oplosmiddel bij een verhoogde temperatuur en druk. Zo vergemakkelijk we het oplossen van de polymeren.

Technologie kunststoffen zuiveren

De viscositeit van de polymeeroplossing is laag genoeg om het gebruik van conventionele scheidingstechnieken, zoals filtratie en adsorptie, mogelijk te maken. Op die manier verwijderen we de additieven en onzuiverheden die in de kunststoffen aanwezig zijn. Het gaat onder andere om kleine deeltjes, zoals pigmenten. En om moleculaire verbindingen, zoals weekmakers en brandvertragers. Die zijn oorspronkelijk toegevoegd om de eigenschappen van de kunststoffen te verbeteren. Na het verwijderen van de additieven en zuivering hebben we de zuivere polymeren teruggewonnen. Deze kunnen dan weer gebruikt worden in kunststoffen voor allerlei toepassingen. Deze TNO-technologie noemen wij het TNO Möbius-dissolutie proces. Het is geschikt voor het terugwinnen van gereinigde polymeren uit multi-materiële kunststoffen en de valorisatie van de teruggewonnen additieven.

Meer over het Möbius-dissolutie proces

Deze technologie en de apparatuur zijn vernoemd naar het symbool van circulariteit: de ring van Möbius. Een voordeel van deze technologie, ten opzichte van de huidige state-of-the-art oplossingsprocessen, is dat het in potentie een energiezuinig proces  is. Dit komt doordat het oplosmiddel kan worden verdampt en teruggewonnen bij een lage temperatuur (typisch lager dan 120 °C). Bovendien zorgt het gebruik van een laagkokend oplosmiddel ervoor dat het mogelijk is om polymeren terug te winnen met een laag gehalte oplosmiddel.

Ontwikkeling en opschaling

Een klein team van wetenschappers, ingenieurs en technici ontwikkelden de afgelopen jaren het Möbius-dissolutie proces. Zij begonnen met het oplossen van polymeren in een kleine batch opstelling. Het proces schaalden ze op van een plastic afval doorzet van enkele grammen per batch naar tientallen grammen in semi-batch in de huidige Möbius 1.0 opstelling.. Met iedere opschalingsstap wordt niet alleen de doorzet van afval plastic verhoogd, maar wordt ook functionaliteit toegevoegd zoals bepaalde scheidingsstappen en wordt ook het proces meer continue gemaakt.

Möbius 2.0

De volgende fase is het verder ontwikkelen van de technologie en het bouwen van een nog verder opgeschaalde en semi-continue opstelling. Deze Möbius 2.0 staat gepland voor 2023 en hierin kan het oplosmiddel kan worden teruggewonnen en gerecycled. (). Deze opstelling wordt ontworpen voor het verwerken van polyolefinen afval zoals uit verpakkingen en ABS uit bijvoorbeeld afgedankte voertuigen. We gaan de Möbius2.0  gebruiken om de belangrijke parameters voor verdere opschaling richting commercialisatie voor verwerking van deze afvalstromen te bepalen. Bovendien kunnen we dan polymeer monsters op kilogramschaal produceren voor onze partners. Zo kunnen zij de eigenschappen van het gerecyclede polymeer voor hun producten valideren. Een andere doelstelling is om het toepassingsgebied van de technologie uit te breiden naar het terugwinnen van schone polymeren uit andere kunststofafvalstromen. Bijvoorbeeld uit huishoudelijke toepassingen zoals tapijt, electronica en afgedankte bouwmaterialen.

De hele waardeketen voor kunststoffen

De Möbius-technologie is tot nu toe ontwikkeld en toegepast in nationale en Europese projecten met onderzoeksinstituten en industriële partners, maar ook in commerciële projecten voor klanten. De grotere projecten overspannen vaak de hele waardeketen voor kunststoffen zoals die voor afgedankte elektronica, automaterialen en meerlaagsverpakkingsfolies. Voorbeeldprojecten zijn PLAST2bCLEANED, ALMA, Impres, Pack-CE, CIMPA en ABSoIEU. Voor veel van die projecten zochten we synergie met andere groepen in TNO, zoals die zich bezighouden met:

  • thermochemische recycling (Petten)
  • het mechanisch recyclen en herontwerpen van kunststofproducten (Eindhoven/Geleen)
  • Impact Assessments (Utrecht)

Een voorbeeld van procesontwikkeling door TNO is het Europese consortium PLAST2bCLEANED. Dit project hebben we opgezet om niet alleen de polymeren, maar ook de broom- en antimoonhoudende brandvertragers uit WEEE (waste of electrical and electronic equipment), electronica afval, te recyclen in hoogwaardige engineering-plastics. In het eerste deel van het project werd deze procesontwikkeling uitgevoerd  op laboratoriumschaal. Inmiddels is het project bezig met de opschaling naar pilot schaal en onderzoeken we met partners zoals Electrolux en Fraunhofer hoe we het proces op kg schaal kunnen uitvoeren en het hergebruik van het polymeer kunnen demonstreren.

Elektronica afval

Het doel van PLAST2bCLEANED is het ontwikkelen van een recyclingoplossing van plastics afkomstig uit Afgedankte Elektrische en Elektronische Apparatuur (AEEA). Denk aan computers, tv's, koelkasten en telefoons. AEEA vormt de snelst groeiende stroom van stedelijk afval. De reden? Het aantal elektronische producten neemt toe, terwijl de levensduur ervan afneemt. De verwerking van AEEA in Europa levert jaarlijks 1,2 miljoen ton gemengde plastics op.

AEEA-plastics

AEEA-plastics bevatten vaak ongewenste verontreinigingen die de recycling belemmeren. Momenteel exporteert men 75% van de AEEA-plastics uit Europa naar Azië. Daar worden deze producten gerecycled tot nieuwe plastics die gevaarlijke stoffen bevatten. Ze kunnen op een stortplaats terechtkomen, met als gevolg dat er gevaarlijke stoffen uitlekken. Hierdoor is er dringend behoefte aan een economisch haalbare technologische oplossing voor de recycling van AEEA-plastics. Met PLAST2bCLEANED ontwikkelen we zo’n recyclingoplossing. Om dit doel te bereiken richten we ons op de recycling van de meest voorkomende AEEA-plastics, namelijk ABS (Acrylnitril-Butadieen-Styreen) en HIPS (High Impact Polystyreen).

Meer weten over PLAST2bCLEANED?

Lees meer over de belangrijke technologieën die we met het project PLAST2bCLEANED ontwikkelen, de toepassing ervan en een demonstratie van de oplossing.

Belangrijke technologieën PLAST2bCLEANED

Met PLAST2bCLEANED ontwikkelen we de volgende sleuteltechnologieën:

  • Voorbewerking om HIPS- en ABS-houdende brandvertragers te sorteren en scheiden van andere kunststof-bestanddelen.
  • Het oplossen van AEEA-kunststoffen in oververhitte oplosmiddelen.
  • Het verwijderen van additieven om de broom- en antimoonbestanddelen te verzamelen, en andere ongewenste additieven uit het polymeer te verwijderen.
  • De terugwinning van polymeer en oplosmiddel. Op deze manier worden drie kringlopen gesloten: polymeer, broom en antimoontrioxide.

Demonstratie van de oplossing

De ontwikkelde technologieën gaan we integreren in een proeffabriek op TRL 5 die polymeermonsters op kilogramschaal kan produceren. Daarnaast gaan we de samenstelling en de eigenschappen van het gerecyclede polymeer, die relevant zijn voor hergebruik in elektronische goederen, evalueren. Het teruggewonnen ABS demonstreren we door deze toe te passen in een elektrisch product, zoals een koelkast of een stofzuiger. We maken dan een uitgebreide inschatting van de economische levensvatbaarheid en de duurzaamheid van de oplossing. Deze vergelijken we met de huidige verwerkingsmethoden.

Toepassing technologieën

De ontwikkelde technologie kunnen we eenvoudig vertalen naar vergelijkbare afvalstromen uit andere sectoren. Bijvoorbeeld de automobielindustrie, de bouw en infrastructuur en de verpakkingsindustrie. De combinatie van voorsortering en het gebruik van oververhitte oplosmiddelen biedt een economisch en ecologisch voordeel.

Laat je verder inspireren

18 resultaten, getoond 1 t/m 5

Autobanden en landbouwplastic met verpakkingen verrassend grootste bronnen microplastics

Informatietype:
Nieuws
8 november 2022

TNO's microplasticmodel heeft de grootste veroorzakers van microplastics in kaart gebracht. Ook is er inzicht voor maatregelen tegen microplastics.

124 miljoen voor aanpak van circulaire plastics

Informatietype:
Nieuws
14 juli 2022

Het kabinet heeft de eerste fase van Circulaire Plastics NL definitief goedgekeurd en investeert 124 miljoen euro vanuit het Groeifonds. Met de uitvoering van Circulaire Plastics NL spannen de overheid, bedrijven en kennisinstellingen zich in voor het halen van de circulariteitsdoelen om 50% van alle plastics te recyclen in 2030. Ook streven ze ernaar dat er minder plastics naar de afvalverbranding gaan.

Plastic afval in Indonesië krijgt waarde in 2 nieuwe P4G projecten

Informatietype:
Nieuws
22 juni 2022
In het "Plastics in Circles"-partnerschap van P4G werkt TNO in twee nieuwe projecten aan het gezamenlijk terugdringen van plastic afval in Indonesië.

8 oplossingen voor plastic in een circulaire economie

Informatietype:
Insight
2 juni 2022
Hoe komen we tot een circulaire economie voor plastic? Wij stellen ons oplossingen voor die de transitie aanzienlijk zullen versnellen. Lees meer.

Polymeren oplossingen

Informatietype:
Artikel
Hoe verduurzamen we kunststoffen? Door verlenging van de gebruiksduur. Daarom onderzoeken we degradatie van polymeren en creëren we innovatieve oplossingen.