Slechts een fractie van het materiaal dat kan worden omgezet in nieuw kunststof wordt momenteel gerecycled. Onderzoekers van Chalmers University of Technology in Zweden hebben nu aangetoond hoe de koolstofatomen in gemengd afval alle fossiele grondstoffen kunnen vervangen bij de productie van nieuw kunststof. De recyclingmethode is geïnspireerd op de natuurlijke koolstofcyclus en zou de klimaatimpact van kunststofmaterialen kunnen elimineren en zelfs de lucht kunnen zuiveren van koolstofdioxide.
‘Er zitten genoeg koolstofatomen in afval om te voorzien in de behoeften van de wereldwijde kunststofproductie. Met deze atomen kunnen we nieuwe kunststofproducten loskoppelen van de aanvoer van virgin fossiele grondstoffen. Als het proces wordt aangedreven door hernieuwbare energie, krijgen we ook kunststofproducten met een meer dan 95% lagere klimaatimpact dan de huidige, wat in feite negatieve emissies voor het hele systeem betekent’, zegt Henrik Thunman, hoogleraar energietechnologie aan de Chalmers University of Technology, en een van de auteurs van de studie gepubliceerd in het Journal of Cleaner Production.
Om circulaire kringlopen te realiseren, moeten we de middelen die al in de samenleving aanwezig zijn beter benutten. Henrik Thunman en zijn onderzoeksteam willen zich concentreren op een belangrijke hulpbron die tegenwoordig vaak in rook opgaat: de koolstofatomen in ons afval. Deze worden momenteel verbrand of belanden op stortplaatsen, in plaats van te worden gerecycled.
Technologieën die erop gericht zijn om van de koolstof in plastic-, papier- en houtafval (met of zonder voedselresten) een grondstof te creëren voor de productie van kunststoffen met dezelfde variëteit en kwaliteit als kunststoffen die worden geproduceerd uit fossiele bronnen, maken circulaire kringlopen nu mogelijk.
Net als de natuur
De huidige kunststofrecycling-methoden kunnen niet meer dan 15-20% van de fossiele grondstof vervangen die nodig is om aan de maatschappelijke vraag naar kunststoffen te voldoen. De geavanceerde methoden die de onderzoekers voorstellen, zijn gebaseerd op thermochemische technologieën en houden in dat het afval wordt verwarmd tot 600-800 graden Celsius. Het afval verandert dan in een gas, dat na toevoeging van waterstof de bouwstenen van kunststoffen kan vervangen. Door gebruik te maken van deze recyclingmethode zouden nieuwe kunststofproducten kunnen worden losgekoppeld van de aanvoer van nieuwe fossiele grondstoffen.
De onderzoekers ontwikkelen een thermochemische recyclingmethode die een gas produceert dat vervolgens als grondstof kan worden gebruikt in dezelfde fabrieken waar nu kunststofproducten worden gemaakt van fossiele olie of gas. Verschillende soorten afval, zoals oude plastic producten en papieren bekers – met of zonder voedselresten – worden in de reactoren van de Chalmers Power Central gedaan.
‘De sleutel tot verdergaande recycling is om op een geheel nieuwe manier naar restafval te kijken: als grondstof vol nuttige koolstofatomen. Het afval krijgt dan waarde en je kunt economische structuren creëren om het materiaal wereldwijd in te zamelen en te gebruiken als grondstof’, zegt Henrik Thunman.
Het principe van het proces is geïnspireerd op de natuurlijke koolstofkringloop. Planten worden afgebroken tot koolstofdioxide wanneer ze verwelken, en koolstofdioxide, waarbij de zon wordt gebruikt als energiebron en fotosynthese, creëert vervolgens nieuwe planten.
‘Onze technologie verschilt echter van de manier waarop de natuur werkt, omdat we niet de omweg via de atmosfeer hoeven te maken om de koolstof in de vorm van koolstofdioxide te laten circuleren. Alle koolstofatomen die we nodig hebben voor onze kunststofproductie, zitten in ons afval en kunnen worden gerecycled met behulp van warmte en elektriciteit’, zegt Henrik Thunman.
De berekeningen van de onderzoekers laten zien dat de energie voor het aandrijven van dergelijke processen kan worden gehaald uit hernieuwbare bronnen zoals zonne-, wind- of waterkracht of door verbranding van biomassa, en ze zullen energie-efficiënter zijn dan de systemen die vandaag in gebruik zijn. Het is ook mogelijk om overtollige warmte uit recyclingprocessen te halen, wat in een circulair systeem de warmteproductie die momenteel afkomstig is van afvalverbranding zou compenseren – terwijl de CO2-uitstoot die gepaard gaat met energieterugwinning, wordt geëlimineerd.
Kan fossiele grondstoffen vervangen
Het onderzoek is uitgevoerd in het kader van het FUTNERC-project. De onderzoekers hebben bewezen dat het proces kan werken in samenwerking met kunststoffabrikant Borealis in Stenungsund, Zweden, waar ze de resultaten hebben geverifieerd en hebben aangetoond dat de grondstof kan worden gebruikt om kunststof te maken, ter vervanging van de fossiele grondstoffen die tegenwoordig worden gebruikt.
‘Ons doel is om een circulaire economie voor kunststoffen te creëren. Onze kunststofproducten zijn de sleutel tot de transformatie naar een duurzame samenleving, dus het is belangrijk voor ons om dit soort onderzoek te ondersteunen. We hebben al projecten die circulariteit creëren voor onze kunststofproducten, maar er zijn meer oplossingen nodig. Daarom zijn we blij met deze uitstekende resultaten, die ons een stap dichter bij ons doel kunnen brengen’, zegt Anders Fröberg, CEO van Borealis AB.
De studie Co-recycling van natuurlijke en synthetische koolstofmaterialen voor een duurzame circulaire economie is gepubliceerd in het Journal of Cleaner Production en is geschreven door Isabel Cañete Vela, Teresa Berdugo Vilches, Göran Berndes, Filip Johnsson en Henrik Thunman.
De onderzoekers zijn actief bij Chalmers University of Technology.
Bekijk de volledige film (30 minuten) over het recyclingproject: