Nieuwe recycleer-methode kan miljoenen tonnen plasticafval vermijden
Meerlagige plasticmaterialen zijn alomtegenwoordig in verpakkingen voor voedsel en bijvoorbeeld medische goederen omdat ze vochtigheid, licht en zuurstof buiten houden. Een probleem is wel dat ze met conventionele methodes niet gerecycleerd kunnen worden. Amerikaanse onderzoekers hebben nu een methode met oplosmiddelen uitgewerkt waardoor de verschillende lagen in de plastic van elkaar gescheiden kunnen worden, zodat de aparte bestanddelen gerecycleerd kunnen worden.
Jaarlijks wordt er wereldwijd 100 miljoen ton zogenoemde 'multilayer thermoplastics' geproduceerd, plastic die zacht wordt als hij verhit wordt en bestaat uit lagen van verschillende polymeren, soms wel tot 12 verschillende lagen. Polymeren zijn verbindingen die uit erg grote, meestal lange moleculen bestaan die op hun beurt weer bestaan uit een herhaling van kleinere moleculen. Een voorbeeld is PE, polyetheen of polyethyleen, de meest gebruikte plastic ter wereld, die bestaat uit ketens etheen (C2H4).
Die meerlagige plastic is erg nuttig als verpakking van bijvoorbeeld chips, want die blijven er lekker krokant in, vleeswaren die verpakt zijn in een beschermende atmosfeer, want hij houdt zuurstof en micro-organismen buiten, of steriele spuiten want de plastic belet dat vocht de spuit zou vervuilen en niet langer steriel zou maken.
Een groot nadeel is echter dat meerlagige plastic niet kan gerecycleerd worden met de conventionele methodes omdat het onmogelijk is de verschillende lagen van elkaar te scheiden. En dus belandt de 100 miljoen ton, waarvan 40 procent overigens afval is van het productieproces zelf, bijna allemaal op vuilnisbelten of in verbrandingsovens.
Oplosmiddelen
Nu hebben ingenieurs van de University of Wisconsin-Madison (UW-Madison) en het Neenah Innovation Center een methode ontwikkeld om de polymeren in deze meerlagige materialen terug te winnen door oplosmiddelen te gebruiken, een techniek die ze Solvent-Targeted Recovery and Precipitation (STRAP) genoemd hebben. Ze hebben deze week hun 'proof-of-concept', een demonstratie van het feit dat de methode werkt, gepubliceerd in Science Advances.
Het team voerde een reeks wassingen uit met oplosmiddelen, op basis van thermodynamische berekeningen van de oplosbaarheid van polymeren, om de polymeren te scheiden in een commerciële plastic die bestond uit veel voorkomende materialen in meerlagig plastic, namelijk polyetheen (PE), etheen-vinylalcohol (EVOH) en polyethyleentereftalaat (PET of PETP). Het resultaat waren afzonderlijke polymeren die chemisch gelijkaardig waren aan de polymeren die gebruikt waren om de oorspronkelijke meerlagige folie te maken.
Het team hoopt nu de herwonnen polymeren te gebruiken om nieuwe plasticmaterialen te maken en zo aan te tonen dat het proces kan helpen om het gat in het recyclageproces te sluiten. De STRAP-methode zou meer in het bijzonder de fabrikanten van meerlagige plastics kunnen toelaten de 40 procent plasticafval te recupereren die geproduceerd wordt tijdens het productie- en verpakkingsproces.
"We hebben dit aangetoond met één meerlagige plastic. We moeten nu andere meerlagige plastics proberen en we moeten de schaal van deze technologie vergroten", zei professor chemisch en biologisch ingenieurschap aan UW-Madison George Huber, een van de auteurs van de studie over het onderzoek.
Meer complexe meerlagige materialen
Meerlagige plastics worden steeds complexer, en dat maakt het moeilijker om oplosmiddelen te identificeren die elke polymeer in de plastics kunnen oplossen. Daarom gebruikt teamlid professor Reid Van Lehn van UW-Madison een computermodel, dat Conductor-like Screening Model for Realistic Solvents (COSMO-RS) heet, als leidraad voor het proces.
COSMO-RS is in staat om de oplosbaarheid van de polymeren die men wil oplossen te berekenen in mengelingen van oplosmiddelen op verschillende temperaturen, en zo het aantal potentiële oplosmiddelen te beperken die een polymeer zouden kunnen oplossen. Het team kan dan de kandidaat oplosmiddelen onderzoeken in experimenten.
"Dit laat ons toe deze veel complexere systemen aan te pakken, wat ook noodzakelijk is als je iets wil betekenen in de wereld van de recyclage", zei Van Lehn.
Het doel van het team is een computersysteem te ontwikkelen dat onderzoekers zal toelaten combinaties van oplosmiddelen te vinden waarmee alle soorten meerlagige plastics gerecycleerd kunnen worden.
De onderzoekers hopen ook de milieu-impact van de oplosmiddelen die ze gebruiken te bekijken en een database op te stellen van groene oplosmiddelen die moet toelaten een beter evenwicht te vinden tussen de efficiëntie, de kosten en de milieu-impact.
Het team zet zijn onderzoek naar STRAP voort in een pas opgericht centrum geleid door professor Huber, het Multi-University Center in Chemical Upcycling of Waste Plastics. Het Amerikaanse ministerie van Energie heeft 12,5 miljoen dollar subsidie gegeven aan dat centrum.
De studie van de onderzoekers van UW-Madison en het Neenah Innovation Center in Wisconsin is gepubliceerd in Science Advances. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van UW-Madison.
Bekijk hieronder het verslag uit “Het Journaal”:
