Plastic afval recycleren met een kogelmolen

Duurzamer proces dan pyrolyse

Universitair docente Ina Vollmer heeft een nieuwe methode voor het recycleren van plastic afval getest in het laboratorium van de Universiteit van Utrecht. Hierbij wordt gebruikgemaakt van de fysieke krachten in een kogelmolen; in plaats van warmte, zoals bij pyrolyse. De eerste resultaten zijn veelbelovend. De methode moet nog wel worden opgeschaald.

Duurzaamheidsvoordelen

Aan de Universiteit van Utrecht is er een nieuwe manier gevonden voor het recyclen van plastic. Momenteel gebeurt dat onder andere via pyrolyse, maar dit proces kost erg veel warmte.

De nieuwe methode maakt gebruik van een kogelmolen, die bestaat uit een container die 35 keer per seconde heen en weer wordt geschud. In de molen bevinden zich balletjes van zirkonia, die bewerkt zijn met een zuur. Hierdoor gaan de polymeren makkelijker breken. Zo wordt het plastic in de kogelmolen verpulverd en omgezet in een wit poeder en een gas met monomeren, en dit zonder raffinagestappen zoals bij pyrolyse. De monomeren kunnen door polymerisatie weer worden omgezet in nieuw plastic.

Het voordeel is dat men duurzame energie van windmolens kan gebruiken om de schoepen van de kogelmolen te laten ronddraaien. Het proces kan gemakkelijk worden stopgezet en weer opgestart volgens het aanbod aan zonne- of windenergie.

Chemische recycling
Ina Vollmer is als onderzoeker verbonden aan de Inorganic Chemistry and Catalysis-onderzoeksgroep van de Universiteit Utrecht en aan het consortium ARC-CBBC en het Institute for Sustainable and Circular Chemistry. Ze richt zich op de ontwikkeling van recyclingroutes van plastic.
Vollmer onderzoekt verschillende methodes van chemische recycling, waarbij de polymeerketens worden afgebroken tot bouwstenen, zoals monomeren. Met een katalysator en door gebruik te maken van mechanische krachten kan men de temperatuur die nodig is voor het recyclingproces verlagen en de productkwaliteit verhogen.
Dit kan interessante materialen opleveren voor de raffinage-industrie, waardoor het gebruik van ruwe olie afneemt. Vollmer levert met haar onderzoek ook een bijdrage aan het verkleinen van de plastic afvalberg, waardoor plastic afval niet meer in de oceaan of zelfs in het menselijk lichaam terechtkomt.

Laboratoriumtests

De laboratoriumtests aan de Universiteit Utrecht werden gedaan in een kogelmolen van 6 cm met vijf kogels van het supersterke zirkonia, met een diameter van 1 cm. Hieraan werd 2 g plastic van een beker van de supermarkt toegevoegd, nadat die door de shredder werd gehaald.

Na een halfuur was de helft van het plastic omgezet in een gas met monomeren. Hierna werd direct nieuw plastic toegevoegd, omdat de rondschietende kogels anders de molen zouden beschadigen.

Het onderzoek richt zich op de verpakkingsmaterialen polyethyleen (PE) en polypropyleen (PP), waar bijvoorbeeld shampooflessen en yoghurtbakjes van gemaakt zijn.

Opschaling

Er moet nu worden opgeschaald naar een grote kogelmolen met grotere kogels en met meer plastic. Ook andere soorten plastic moeten daarbij worden onderzocht. Bij een grotere kogelmolen kan wellicht ook hard plastic uit speelgoed of plastic stoelen worden verwerkt.

Bij het onderzoek moet een venster in de kogelmolen komen voor spectrometrisch onderzoek om het breken van de polymeren te volgen. Met de absorptie van het licht van deze spectrometer kan men zien welke stoffen in de kogelmolen ontstaan. Dit is nu nog niet bekend en van belang voor de opschaling.

Verdere onderzoeksvragen bij de opschaling zijn:

• Welke krachten zijn er nodig?
• Hoeveel kogels zijn er nodig?
• Hoe groot moeten deze zijn en van welk materiaal – stalen kogels of zirkonia?

Zirkonia
Zirkonia, ook wel kubisch zirkonia (CZ, Cubic Zirconia) genoemd, is een synthetische edelsteen die vaak wordt gebruikt als goedkoper alternatief voor diamant. Het wordt gemaakt van zirkoniumdioxide (ZrO₂) dat op hoge temperaturen wordt gesmolten en vervolgens wordt afgekoeld en geslepen om op diamant te lijken. Naast de optische eigenschappen, komt ook de hardheid van zirkonia (8,5 op de schaal van Mohs) dicht bij die van diamant (10).

Commerciële toepassing

Het zal nog wel tien tot vijftien jaar duren tot de techniek klaar is voor een commerciële toepassing. Ideaal zou zijn om al het plastic afval te vermalen tot nieuwe grondstof (monomeren) voor plasticproductie. De kogelmolen staat dan gewoon op het terrein van de plasticfabriek. In de tussentijd moet de hoeveelheid gebruikte plastic dan wel sterk verminderen.