Volg Duurzaamnieuws op Google News | Discover | of als voorkeursbron op Google
Onderzoekers van UCLA en Ewha Womans University halen meer dan 90 procent zuivere waterstof uit gemengd plasticafval. Ruim driekwart van de koolstof blijft achter in stabiele verbindingen, maar de stap naar commerciële toepassing moet nog volgen.
Mensen verzamelen afval in een vervuilde rivier. Foto: iStock – Sony Herdiana
Plastic flessen, verpakkingen en tasjes belanden nog te vaak bij het restafval, terwijl recycling juist bij gemengde stromen lastig blijft. Onderzoekers van UCLA en Ewha Womans University hebben nu een chemische route getest die PET, polyethyleen en polypropyleen gezamenlijk verwerkt, zonder voorafgaande sortering. De zogeheten alkaline thermische behandeling gebruikt natriumhydroxide en werkt volgens de onderzoekers bij temperaturen die 300 tot 400 graden Celsius lager liggen dan bij traditionele vergassing. Plasticafval en de zoektocht naar schonere waterstof vragen in Europa allebei om aandacht. De resultaten staan in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences).
Plastic raakt na gebruik vaak in een doodlopende straat
Wereldwijd wordt maar 9 procent van afgedankt plastic gerecycled. Ongeveer 79 procent belandt op stortplaatsen en nog eens 12 procent wordt verbrand, waarbij koolstofdioxide vrijkomt.
Dat lage recyclingscijfer heeft veel te maken met sorteren. PET uit flessen, polyethyleen uit folie en verpakkingen, en polypropyleen uit bijvoorbeeld maaltijdverpakkingen gedragen zich chemisch anders. Wie er bruikbare grondstoffen van wil maken, moet die stromen daarom vaak eerst uit elkaar halen. Dat kost geld en maakt recycling op grote schaal behoorlijk ingewikkeld.
Goed om te weten
Traditionele vergassing breekt afval met zeer hoge temperaturen af tot gassen. Die aanpak kan gemengd plastic aan, maar zorgt ook voor flinke uitstoot van koolstofdioxide.
Waterstof uit één gemengde afvalstroom
Laboratoriumopstelling met een verwarmde reactor, collectievaten en meetinstrumenten onder paars licht, zoals gebruikt voor experimentele omzetting van plasticafval. Beeld: Tech Xplore.
De proef van chemisch ingenieur Ah-Hyung Alissa Park van UCLA Samueli en haar collega Woo-Jae Kim, hoogleraar chemische technologie en materiaalkunde aan Ewha Womans University, draait om één reactor. Daarin kunnen de drie plastics samen worden verwerkt, zonder de gebruikelijke sorteerinstallatie vooraf.
De techniek was oorspronkelijk bedoeld voor biomassa, zoals zeewier. Park en Kim pasten hem aan voor kunststofafval en testten hem vervolgens in het lab met PET, polyethyleen en polypropyleen.
- PET leverde in de proeven relatief veel waterstof op.
- Polyethyleen en polypropyleen vroegen eerst om een extra bewerking.
- De behandeling legt koolstof vooral vast in vaste stoffen en vloeibare resten.
Afvalverwerking en waterstof worden in Nederland en Europa vaak als losse opgaven behandeld, terwijl deze techniek beide stromen aan elkaar koppelt.
Waarom sommige plastics eerst een zetje nodig hebben
De hoofdrol is voor natriumhydroxide, beter bekend als bijtende soda. Onder invloed van warmte reageert die stof met het organische materiaal in plastic, waardoor waterstof kan vrijkomen.
PET reageert daar vrij makkelijk op, maar polyethyleen en polypropyleen zijn taaie klanten. Hun lange molecuulketens bestaan vrijwel volledig uit koolstof- en waterstofverbindingen en blijven onder alkalische omstandigheden grotendeels intact.
Daarom voegden de onderzoekers een thermische oxidatievoorbehandeling toe. Het plastic wordt daarbij kort in lucht verhit op een relatief milde temperatuur, waardoor zuurstofhoudende groepen aan de polymeerketens komen te zitten. Die vormen aanknopingspunten waar de alkalische behandeling grip op krijgt.
De koolstof blijft grotendeels uit de lucht
Tijdens de reactie bindt natriumhydroxide een deel van de koolstof uit het plastic tot vast natriumcarbonaat. Die koolstof verlaat de reactor niet als koolstofdioxide.
Na afloop zat meer dan driekwart van de oorspronkelijke koolstof in stabiele carbonaatverbindingen of in vloeibare organische resten. Minder dan 13 procent kwam in de gasfase terecht, en de directe uitstoot naar de atmosfeer tijdens de reactie was verwaarloosbaar.
Het natriumcarbonaat kan daarna worden omgezet in calciumcarbonaat, een stabiel mineraal dat koolstof langdurig vasthoudt en al veel wordt gebruikt in industrieën met traditioneel hoge emissies.
De fabrieksschaal is nog een flinke stap
Lagere-temperatuurtechnieken voor waterstof uit plastic bestaan al, maar die werken meestal alleen goed met zuurstofhoudende plastics zoals PET. De aanpak van Park, Kim en hun collega’s is getest op een gemengde stroom waarin ook polyethyleen en polypropyleen zitten, twee veelvoorkomende plastics die vaak buiten zulke processen vallen.
De laboratoriumresultaten zijn veelbelovend, maar een commerciële installatie staat er nog niet. De onderzoekers moeten nu uitzoeken hoeveel energie, bijtende soda en nabehandeling nodig zijn wanneer de techniek werkt met tonnen afval per dag in plaats van met kleine proefhoeveelheden.
De volgende onderzoeksfase moet uitwijzen of de methode waterstof ook economisch rendabel kan produceren op commerciële schaal.
