Meerlaags kunststof recyclen

Nieuw recyclingproces kan mogelijk miljoenen tonnen kunststof afval schelen

Meerlaagse kunststof materialen zijn alomtegenwoordig in verpakkingen voor levensmiddelen en medische benodigdheden. De gelaagde polymeren geven de films specifieke eigenschappen, zoals hittebestendigheid of zuurstof- en vochtregulering. Maar te recyclen zijn ze niet. Of toch wel?

Elk jaar worden wereldwijd ongeveer 100 miljoen ton meerlaagse thermoplasten geproduceerd, samengesteld uit tot maar liefst 12 lagen verschillende polymeren. Hiervan is 40 procent afval van het productieproces zelf. En omdat er geen manier is om de polymeren te scheiden, komt bijna al dat kunststof op stortplaatsen of in verbrandingsovens terecht

STRAP Aan de Universiteit van Wisconsin-Madison in de VS is nu een methode ontwikkeld om de polymeren in deze materialen terug te winnen met behulp van oplosmiddelen. Ze noemen het ‘Solvent-Targeted Recovery and Precipitation (STRAP) processing’. Hun ‘proof of concept’ is 20 november 2020 in detail beschreven in het tijdschrift Science Advances. De technologie maakt gebruik van een reeks wassingen met oplosmiddelen, op basis van thermodynamische berekeningen van de oplosbaarheid van de polymeren. George Huber en Reid van Lehn, beiden professor in chemische en biologische engineering en bedenkers van STRAP, hebben met hun studenten het STRAPproces gebruikt om de polymeren in een kunststof met lagen polyethyleen, ethyleenvinylalcohol, en polyethyleentereftalaat te scheiden. Het resultaat van deze exercitie? De afgescheiden polymeren lijken chemisch gezien op de polymeren die gebruikt zijn om de originele film te maken. COSMO-RS Het team hoopt nu de gerecupereerde polymeren te gebruiken om weer nieuwe kunststoffen te maken. Interessant voor fabrikanten van meerlagige kunststoffen om de 40 procent afval dat tijdens het productie- en verpakkingsproces wordt geproduceerd, te recupereren. "We hebben dit aangetoond met één meerlaagse kunststof", zegt Huber. "We moeten nu andere meerlaags kunststoffen proberen en de technologie opschalen." Naarmate de complexiteit van de meerlaagse kunststoffen toeneemt, neemt ook de moeilijkheid toe om oplosmiddelen te vinden die elke polymeer kunnen oplossen. Daarom vertrouwt STRAP op een door Van Lehn gebruikte rekenmethode: Conductor-like Screening Model for Realistic Solvents (COSMO-RS). Hiermee kan de oplosbaarheid van doelpolymeren in oplosmiddelmengsels bij verschillende temperaturen worden berekend. Het aantal potentiële oplosmiddelen die een polymeer zouden kunnen oplossen wordt hierdoor gereduceerd. Het team kan ze vervolgens experimenteel onderzoeken.

Database Het doel is om uiteindelijk een rekensysteem te ontwikkelen dat onderzoekers in staat stelt om oplosmiddelcombinaties te vinden voor het recyclen van allerlei meerlaagse kunststoffen. Het team hoopt ook te kijken naar de milieu-impact van de oplosmiddelen die het gebruikt en een database van groene oplosmiddelen op te zetten waarmee ze de efficiëntie, de kosten en de milieu-impact van de verschillende oplosmiddelsystemen beter in evenwicht kunnen brengen.

Verder onderzoek Het team zet zijn onderzoek naar de verwerking van STRAP voort via het onlangs opgerichte MultiUniversity Center on Chemical Upcycling of Waste Plastics, onder leiding van Huber. In het 12,5 miljoen dollar kostende centrum van het Amerikaanse ministerie van Energie worden verschillende chemische routes voor het terugwinnen en recyclen van polymeren onderzocht. dx.doi.org/10.1126/sciadv.aba7599