Hoe wordt plastic gerecycled?

Een plastic product is een voorwerp dat geheel of gedeeltelijk is gemaakt van synthetische polymeren die tijdens de productie in een bepaalde vorm worden gebracht om een specifieke functie te vervullen.

Recycling begint wanneer plastic producten en verpakkingen als afval worden weggegooid.

Dit afval wordt ingezameld, bijvoorbeeld bij huishoudens, scholen, in de openbare ruimte en bij bedrijven. Vervolgens wordt het in verschillende categorieën gesorteerd om waardevolle materialen, zoals plastic, van restafval te scheiden. Geavanceerde technologieën herkennen en sorteren de verschillende materialen.

Scheiding is het proces waarbij gemengd afval wordt herkend en verdeeld over verschillende materiaalstromen, zoals plastics, metalen, papier en restafval.

Na de scheiding ondergaat het plastic afval een voorbehandeling: het wordt gewassen en gereinigd om verontreinigingen te verwijderen. TNO heeft het baanbrekende Upwash-systeem met hydrothermische voorbehandelingstechnologie geïntroduceerd. Dit vergroot zowel de hoeveelheid als de kwaliteit van het recyclebare materiaal.

Het onderzoeksprogramma in de R&D Hub voor de verwerking van plastic afval omvat onderzoek naar innovatieve detectie- en sorteertechnieken om de kwaliteit en hoeveelheid recyclebaar plastic afval te vergroten.

Materiaalrecycling is de meest toegepaste methode om plastics te recyclen. Bij een relatief schone en goed gesorteerde afvalstroom is deze methode aantrekkelijk vanwege de kosteneffectiviteit, de lagere milieubelasting en de eenvoud. Materiaalrecycling bestaat uit twee categorieën: mechanische recycling en recycling door oplossen. Beide leveren een ander eindproduct op.

Mechanische recycling en recycling door oplossen kunnen niet onbeperkt en niet voor alle toepassingen worden ingezet. Om de kwaliteit van plastics volledig te herstellen, zijn ook chemische recyclingtechnieken nodig. Chemische recyclingtechnologieën bestaan uit twee categorieën: depolymerisatie en thermochemische conversie. In beide gevallen worden polymeren afgebroken tot chemicaliën waaruit nieuwe polymeren kunnen worden gemaakt.

De meest voorkomende methode voor plasticrecycling is mechanische recycling. Bij een relatief schone en goed gesorteerde stroom heeft deze optie de voorkeur wat betreft kosten, impact en complexiteit.

Deze methode omvat mechanische processen zoals wassen, vermalen, smelten en mengen. De chemische structuur van het materiaal verandert daarbij niet wezenlijk. Daardoor kunnen plastics zoals PET (polyethyleentereftalaat), HDPE (hogedichtheidpolyethyleen) en PP (polypropyleen) rechtstreeks worden hergebruikt.

Een nadeel van mechanische recycling is de aanwezigheid van verontreinigingen. Bovendien leiden opeenvolgende mechanische recyclingcycli tot degradatie, bijvoorbeeld kortere polymeerketens, waardoor de kwaliteit van de plastics afneemt.

Dissolutie is een fysieke recyclingmethode waarbij alleen het gewenste polymeer wordt opgelost en ongewenste polymeren, additieven en verontreinigingen niet. Deze methode overbrugt de kloof tussen mechanische en chemische recycling.

Er zijn verschillende technologieën voor recycling door oplossen ontwikkeld op pilot- en marktschaal. TNO heeft aangetoond dat met de TNO Möbius-technologie hoogwaardige polymeren kunnen worden verkregen. De technologie maakt gebruik van selectieve oplossing van de doelpolymeren in een organisch oplosmiddel en een combinatie van scheidingstechnologieën, zoals filtratie en adsorptie, om verontreinigingen, additieven en ongewenste polymeren te verwijderen. Dit levert producten van hogere kwaliteit op dan mechanische recycling en is geschikter voor complexe afvalstromen.

Depolymerisatie wordt toegepast wanneer polymeren worden afgebroken tot kleinere eenheden: de oorspronkelijke bouwstenen.

Enzymolyse is een biochemisch proces waarbij polymeren door de werking van een enzym worden gesplitst of afgebroken tot kleinere delen. Na zuivering kunnen deze worden gebruikt om nieuwe polymeren te produceren van dezelfde kwaliteit als nieuw materiaal.

Solvolyse is een chemisch proces waarbij een plastic polymeer met behulp van een oplosmiddel en vaak ook warmte en/of druk wordt afgebroken.

Door de chemische reactie wordt het polymeer gesplitst in kleinere eenheden, de oorspronkelijke bouwstenen. Zo kunnen deze worden gebruikt om nieuwe polymeren te produceren van dezelfde kwaliteit als nieuw materiaal.

Thermochemische conversie is het bij hoge temperatuur afbreken van polymeren, met of zonder zuurstof. Daarbij ontstaat een mengsel van moleculen dat in de petrochemische industrie kan worden gebruikt als bouwsteen voor chemicaliën, polymeren en/of brandstoffen.

Voor maximale circulariteit moet verbranding worden gecombineerd met volledige warmte-integratie en afvang en gebruik van koolstof. TNO heeft verschillende technologieën voor koolstofafvang en -gebruik ontwikkeld om de verwijdering van CO₂ en de vastlegging van koolstof te optimaliseren.

Vergassing is de meest veelzijdige oplossing voor zeer complexe afvalstromen die niet geschikt zijn voor chemische recycling. Deze technologie zet afval met een beperkte hoeveelheid zuurstof om in synthesegas (CO + H₂). Synthesegas is een zeer veelzijdige grondstof voor uiteenlopende chemicaliën en brandstoffen. TNO gebruikt verschillende technologieën om synthesegas om te zetten in hoogwaardige producten.

Een veel onderzochte technologie is pyrolyse. Daarbij worden plastics zonder zuurstof verhit om de polymeerketens te kraken. Afhankelijk van de omstandigheden en de kwaliteit van de grondstof ontstaat een complex mengsel van koolwaterstoffen in vaste, vloeibare en/of gasvorm. De technologieën verschillen naar gelang de gebruikte input en de beoogde producten.

De meeste pyrolysetechnologieën zijn gericht op het omzetten van polyolefinerijk afval in pyrolyseolie. Na verdere behandeling en scheiding kan deze olie (nafta) in een stoomkraakproces worden gebruikt om olefinen te produceren, de bouwstenen voor polymeren.

Op dit gebied onderzoeken veel organisaties het gebruik van een katalysator. Met katalysatoren zijn mildere omstandigheden, zoals een lagere temperatuur, mogelijk en kunnen selectievere producten worden verkregen.

Een ander voorbeeld is de TNO Milena-technologie, een thermische kraaktechnologie die een hogere temperatuur en een speciaal ontworpen proces toepast. Afhankelijk van de samenstelling van de afvalstroom produceert deze technologie uiteenlopende hoogwaardige chemicaliën, zoals olefinen, BTX en synthesegas. Thermisch kraken kan over het algemeen veel sterker verontreinigde afvalstromen verwerken dan pyrolysetechnieken. Daardoor wordt het cascaderen van technologieën een haalbare optie.

CO₂ is een broeikasgas dat vrijkomt bij processen zoals de verbranding of chemische conversie van plastics.

Synthesegas is een mengsel van koolmonoxide (CO) en waterstof (H₂) dat ontstaat bij thermochemische conversieprocessen zoals vergassing.

Hoogwaardige chemicaliën zijn gezuiverde chemische verbindingen die uit plastic afvalstromen worden teruggewonnen en opnieuw in de chemische industrie kunnen worden gebruikt.

Nafta is een vloeibaar koolwaterstofmengsel dat ontstaat bij processen zoals de pyrolyse van plastics. Na opwerking kan het als grondstof in stoomkrakers worden gebruikt om nieuwe plastics te produceren.

Monomeren zijn de moleculaire basisbouwstenen die ontstaan wanneer polymeren chemisch worden afgebroken. Ze kunnen opnieuw worden gepolymeriseerd tot plastics met een kwaliteit die vergelijkbaar is met die van nieuw materiaal.

Pellets en granulaten zijn kleine, uniforme plastic deeltjes die ontstaan na de recycling en het mengen van polymeren. Ze worden gebruikt als grondstof voor de productie van nieuwe plastic producten.

Polymeren zijn lange moleculaire ketens die zijn opgebouwd uit zich herhalende monomeereenheden. Ze vormen de basis van alle plastic materialen.