Kunststoffen recyclen door dissolutie

Thema:
Dissolutie

Momenteel recyclet men slechts 30% van het kunststof afval. Maar Nederland wil in 2050 100% circulair zijn. Om de keten van plastics te sluiten, hebben we nieuwe recyclingtechnologieën nodig. Daarom ontwikkelden we het 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. Is dat niet mogelijk? 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 wél kunnen recyclen.

Dissolutie

We zetten een oplosmiddel in dat het ene polymeer of hulpmiddel wel oplost en het andere niet. Dit heet dissolutie. Door middel van dissolutie scheiden we verschillende polymeren van elkaar, om de volgende zuiveringsstap uit te kunnen uitvoeren. Maar de combinatie van plastics en hulpmiddelen is steeds anders. Daarom gaan we steeds op zoek naar nieuwe, unieke combinaties van oplosmiddel en polymeertype.

Eisen nieuwe recyclingtechnologieën

We ontwikkelen technologieën om hulpmiddelen uit polymeren chemisch te recyclen. Daarnaast bouwen we sensoren die de zuiverheid van het proces monitoren. 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 ongeveer 15% van onze kunststoffen. Dit zijn monostromen (stromen die bestaan uit één materiaal- of productsoort) van kunststofafval uit:

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

Nieuwe fysische en thermochemische recyclingtechnologieën

Deze afvalstromen recyclet men op mechanische wijze tot plastic granulaat. Dit hergebruiken bedrijven om kleine objecten en non-food verpakkingen mee te maken. Van gemengde kunststoffen maakt men grote objecten, zoals tuinmeubelen. Bij TNO investeren we in nieuwe 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.

TNO-medewerker die op een computer in een TNO-lab onderzoek doet naar nieuwe recyclingtechnologieën.

Kunststoffen recyclen tot gezuiverde polymeren

We ontwikkelden een fysische recyclingtechniek onder oververhitte omstandigheden, voor het selectief oplossen van bepaalde polymeren uit een plastic mix. Deze techniek 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. Zo vergemakkelijk we het oplossen van de polymeren.

Techniek 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, zuiveren en herstellen we de polymeren. Deze TNO-technologie heet het Möbius-oplosproces. Het is geschikt voor het terugwinnen van gereinigde polymeren uit multi-materiële kunststoffen en de valorisatie van de teruggewonnen additieven.

Möbius-oplosproces

Deze technologie en de apparatuur zijn vernoemd naar het symbool van circulariteit: de ring van Möbius. Een potentieel voordeel van deze technologie, ten opzichte van de huidige state-of-the-art oplossingsprocessen, is dat het een potentieel energiezuinige operatie is. Dit komt doordat het oplosmiddel kan worden verdampt bij een lage temperatuur. Bovendien zorgt het gebruik van een laagkokend oplosmiddel ervoor dat het mogelijk is om polymeren met een laag gehalte aan oplosmiddelen terug te winnen.

Ontwikkeling en opschaling

Een klein team van wetenschappers, ingenieurs en technici ontwikkelden de afgelopen jaren het Möbius-oplosproces. Zij begonnen met het oplossen van polymeren in een semi-batch opstelling. Deze opstelling is schaalden ze op van een werkvolume van tientallen milliliters naar twee liter. Daardoor werd de eerste productie van monsters van enkele grammen mogelijk. In de huidige Möbius 1.0 opstelling is dit gestegen tot een schaal van honderden grammen. Door het toevoegen van scheidings- en terugwinningstappen voor zowel de additieven als de gereinigde polymeren, is de opstelling bovendien functioneler 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, waar het oplosmiddel kan worden teruggewonnen, geanalyseerd en mogelijk gerecycled. (Möbius 2.0). Deze opstelling gaan we gebruiken om monsters op kiloschaal te 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, afgedankte voertuigen en afgedankte bouwmaterialen.

De hele waardeketen voor kunststoffen

Tot nu toe bestaan de gezamenlijke projecten waarin de Möbius-technologie is ontwikkeld en toegepast uit nationale en Europese projecten met onderzoeksinstituten en industriële partners. Deprojecten overspannen de hele waardeketen voor kunststoffen, inclusief afgedankte elektronica en meerlaagse verpakkingsfolies. Voorbeeldprojecten zijn Plast2bCleaned, Impres, Pack-CE CIMPA en ABSoIEU. Tegelijkertijd zochten we synergie met TNO-groepen die zich bezighouden met:

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

Recycling van kunststoffen uit elektronisch afval met PLAST2bCLEANED

PLAST2bCLEANED

Een voorbeeld van procesontwikkeling door TNO is het Europese consortium PLAST2bCLEANED. Dit hebben we opgezet om hulpmiddelen zoals broom- en antimoonhoudende brandvertragers uit hoogwaardige engineering-plastics in elektronica terug te winnen. Aanvankelijk richtten we dit in op laboratorium- en pilotschaal. Inmiddels onderzoeken we met partners zoals Electrolux en Fraunhofer hoe we het proces tot op demonstratieschaal kunnen doorontwikkelen.

Economisch belang hulpmiddelen terugwinnen

Het is van economisch belang om hulpmiddelen terug te winnen, omdat ze waardevol zijn. Bovendien kunnen hulpmiddelen het recyclingproces verstoren. Omdat de technieken kostbaar zijn, zijn ze met name geschikt voor hoogwaardige plastics en composieten in elektronica en in de automobielindustrie. Ook de technisch-economische analyse van processen die daarvoor nodig is, behoort tot onze expertise.

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

16 resultaten, getoond 1 t/m 5

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.

Van plastic afval naar circulaire plastics

Informatietype:
Artikel
Circulair plastic is de oplossing voor minder plastic afval, minder CO2-uitstoot en minder gebruik van fossiele grondstoffen. Ontdek meer over ons onderzoek

Polymeren oplossingen

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