ERC voor fundamentele kennis over duurzamer plasticrecycling

Universitair docent Ina Vollmer heeft een ERC Starting Grant ontvangen voor haar onderzoek naar plasticrecycling. Met het project wil Vollmer fundamenteel begrijpen hoe je plastic kunt afbreken met behulp van fysieke kracht. Het gebruik van kracht - in plaats van warmte - is duurzamer en levert kwalitatief betere bouwstenen op voor nieuwe plastic producten. De fundamentele kennis is nodig om dit soort recyclingmethoden te optimaliseren en op te schalen.

Een veelgebruikte recyclingtechniek bestaat uit het wassen, smelten en opnieuw vormen van het plastic. Dit proces brengt onvermijdelijk ongewenste chemische veranderingen met zich mee, waardoor het ‘nieuwe’ plastic kwalitatief minder is. Een andere veelgebruikte recyclingtechniek breekt plastic bij zeer hoge temperaturen af tot iets wat lijkt op ruwe olie, de primaire grondstof voor plastic. Dit vergt veel energie en er zijn meerdere raffinagestappen nodig om plastic bouwstenen (monomeren) en vervolgens weer plastic te produceren.

Plastic bouwstenen

Vollmer heeft een nieuwe recyclingtechniek ontwikkeld die plastic afbreekt met fysieke kracht in plaats van warmte. Op deze manier kunnen de lange polymeerketens waaruit plastic bestaat direct worden omgezet in monomeren, zonder de tussenliggende raffinagestappen. Deze chemische bouwstenen kunnen vervolgens worden gebruikt om nieuwe hoogwaardige polymeren te maken. De methode is in potentie duurzamer omdat er minder stappen nodig zijn en er hernieuwbare energie - zoals mechanische energie uit wind- of waterkracht – kan worden gebruikt. En voor het geval de wind niet waait of de zon niet schijnt, is het mogelijk om het proces te stoppen en snel weer op te starten. Dat is uniek, want traditioneel duurt dit één of twee dagen.

Knikkers in een kogelmolen

Vollmer en haar team hebben al laten zien dat de methode werkt in het lab. Dat deden ze met een baanbrekend experiment met knikkers. Deze knikkers - gemaakt van een supersterke diamantsimulant (zirkonia) – stopten ze in een kogelmolen, een soort bingomolen, samen met stukjes plastic die gerecycled moesten worden, bijvoorbeeld stukjes van een plastic bosbessenbakje uit de supermarkt. Wanneer de molen draait, vermalen de knikkers het plastic totdat er alleen nog een beetje wit poeder overblijft. Het gas dat hierbij vrijkomt, bevat de monomeren die kunnen worden gebruikt om nieuwe kunststoffen te maken.

“Experimenten laten zien dat het idee werkt, maar we weten niet precies hoe. Met deze subsidie willen we inzicht krijgen in de onderliggende, fundamentele chemie”

Truc

“Maar”, zegt Vollmer, ”we weten niet precies hoe dit werkt en met deze subsidie willen we inzicht krijgen in de onderliggende fundamentele chemie.” Dit is belangrijk voor het optimaliseren en opschalen van het proces, zodat het kan worden gebruikt voor industriële doeleinden. Vollmer richt zich specifiek op polyethyleen en polypropyleen, waarvan bijvoorbeeld shampooflessen en yoghurtbakjes worden gemaakt.

Een belangrijk aspect van het project is het bestuderen van de interactie tussen de knikkers en het plastic met behulp van spectroscopie. Deze interactie is zowel fysisch als chemisch. “De knikkers malen, maar fungeren ook als een chemische katalysator, omdat we het oppervlak van de balletjes chemisch behandelen”, zegt Vollmer. “Dat is de truc.”