Het Oak Rodge National Laboratory (ORNL, VS) heeft een manier gevonden om de recyclage van gemengde kunststoffen te vereenvoudigen. Hun 'organokatalysator' deconstrueert gemengde kunststoffen bij verschillende temperaturen, waardoor de individuele monomeren afzonderlijk in herbruikbare vorm kunnen worden teruggewonnen.

Bijna 90% van de gemengde post-consumer plastics wordt begraven op stortplaatsen of verbrand. Het is meestal gemakkelijker en goedkoper om nieuwe producten te maken dan het gebruikte plastic terug te winnen, te sorteren en te recycleren.

Om dit probleem aan te pakken, gebruikten wetenschappers van het ORNL zorgvuldig gepland chemisch ontwerp, neutronenverstrooiing en krachtige computers om een nieuw katalytisch recyclingproces te helpen ontwikkelen.

PC, PU, PA en PET

De katalysator deconstrueert selectief en opeenvolgend meerdere polymeren in gemengde kunststoffen tot ongerepte monomeren: moleculen die reageren met andere monomeermoleculen om een polymeer te vormen. Hij werkt voor polycarbonaten, polyurethanen, polyamiden en polyethyleentereftalaten.

De analyse, gepubliceerd in Materials Horizons, vergelijkt het gebruik van de nieuwe katalysator met het gebruik van individuele katalysatoren voor elk type plastic. De nieuwe katalysator zou tot 95% minder broeikasgassen genereren, tot 94% minder energie-input vereisen en resulteren in een vermindering van het verbruik van fossiele brandstoffen tot 96%.

3,5 miljard vaten olie minder 

"Onze aanpak omvat een op maat gemaakte synthetische organokatalysator - een verbinding bestaande uit kleine organische moleculen die organisch-chemische transformaties mogelijk maken. De organokatalysator kan partijen gemengd plastic afval omzetten in waardevolle monomeren voor hergebruik bij de productie van commerciële kunststoffen en andere waardevolle materialen", aldus auteur Tomonori Saito. "Dit uitzonderlijk efficiënte chemische proces kan helpen de kringloop voor het recyclen van gemengde kunststoffen te sluiten door monomeren voor het eerste gebruik te vervangen door gerecyclede monomeren.

"Tegenwoordig worden bijna alle kunststoffen gemaakt van fossiele brandstoffen met behulp van monomeren voor het eerste gebruik die zijn gemaakt via energie-intensieve processen. Het opzetten van dit soort gesloten recycling zou, als het wereldwijd wordt toegepast, het jaarlijkse energieverbruik met ongeveer 3,5 miljard vaten olie kunnen verminderen."

Een recyclingoplossing voor 30% van alle kunststoffen

In de testomgeving kon de organokatalysator efficiënt en snel meerdere polymeren deconstrueren - in ongeveer twee uur. Dergelijke polymeren omvatten de polymeren die worden gebruikt in materialen zoals veiligheidsbrillen (polycarbonaten), schuimen (polyurethanen), waterflessen (polyethyleentereftalaten) en touwen of visnetten (polyamiden), die samen meer dan 30% van de mondiale plasticproductie uitmaken. Tot nu toe is van geen enkele katalysator aangetoond dat deze effectief is op alle vier deze polymeren. 

Het werkt omdat de polymeten bij verschillende temperaturen uiteen vallen: polycarbonaten bij 130° C, polyurethaan bij 160° C, polyethyleentereftalaten bij 180° C en polyamiden bij 210° C. Andere kunststoffen, additieven en aanverwante materialen zoals katoen en plastic zakken blijven vanwege de verschillen in hun reactiviteit intact en kunnen vervolgens separaat worden teruggewonnen . 

Meerlaags verpakkingen

Het proces vervangt agressieve chemicaliën en biedt een goede selectiviteit, thermische stabiliteit, niet-vluchtigheid en lage ontvlambaarheid. De werking bij meerdere polymeren maakt het geschikt voor het deconstrueren van de toenemende hoeveelheden kunststoffen met meerdere componenten, zoals composieten en meerlaagse verpakkingen. 

"De gedeconstrueerde monomeren en de organokatalysator zijn in water oplosbaar, dus we kunnen ze overbrengen naar water, waar eventuele onzuiverheden zoals pigmenten door filtratie kunnen worden verwijderd", zegt hoofdauteur Md. Arifuzzaman. "De vrijwel zuivere monomeren worden vervolgens geëxtraheerd, verlaten de katalysator en kunnen direct worden hergebruikt."