Het magnetisch scheiden van afval op basis van dichtheid kan naar een hoger niveau worden getild. Want het is ook mogelijk zwaardere elementen op die manier apart te krijgen, tonen onderzoekers uit Utrecht en Nijmegen aan. Denk bijvoorbeeld aan edelmetalen in een afgedankte telefoon.
Zogeheten Magnetische Dichtheid Scheiding (MDS) is een fenomeen dat veel kansen biedt in een wereld waar duurzaamheid en hergebruik steeds belangrijker wordt. Als eerste past Plastic Recycling Amsterdam het al toe voor gemengde plastic afvalstromen.
De basis van de techniek is dat verschillende materialen op basis van hun zwaarte kunnen worden gescheiden. Gooi een houten bal en een steen in het water, dan zakt de laatste als een … inderdaad baksteen en de bal blijft drijven. Het is een simpel voorbeeld van afval uit elkaar houden door verschillende dichtheid van materiaal.
In een keer scheiden
Bij het werken met MDS wordt een magnetische vloeistof gebruikt in combinatie met een magneet. In plaats van een vaste dichtheid, zoals bij water, komt er bij magnetische vloeistof een tweede factor bij: de magnetische kracht. Hierdoor verschilt de effectieve dichtheid in magnetische vloeistof in relatie tot de afstand tot de magneet. Die wordt groter dichtbij de magneet en omgekeerd. Als gevolg gaan afvaldeeltjes met verschillende dichtheden op verschillende hoogtes in de vloeistof drijven. Afvalstromen kunnen zo in een keer in verschillende componenten worden gescheiden.
De crux van recent onderzoek is dat deze manier van afvalscheiding in een hogere versnelling kan komen. Onderzoeker Alex van Silfhout (Debye Institute for Nanomaterials Science, Universiteit van Utrecht) legt uit waarom.
„Plastic Recycling Amsterdam slaagt er al in met een fabriek veel plastic afval te scheiden tot pure plastics, die weer als grondstof voor nieuw plastic worden gebruikt. Omdat de meeste plastics een dichtheid hebben die ongeveer overeenkomt met die van water zijn daar geen sterke magnetische velden voor nodig. We zijn nu bezig geweest die methode naar een hoger niveau te tillen, zodat je ook materialen met een hogere dichtheid kan scheiden met behulp van een extreem sterk magnetisch veld. We wilden weten of hetzelfde principe dan toepasbaar blijft. Tot nu toe was daar geen experimenteel onderzoek naar verricht.”
Uitdaging: stabiele magnetische vloeistof
De uitdaging voor de onderzoekers uit Utrecht en Nijmegen was de magnetische vloeistof stabiel te houden. Want bekend is dat hoe sterker de magnetische krachten worden, hoe eerder de met nanodeeltjes ijzeroxide gevulde vloeistof desintegreert.
Van Silfhout: „Die nanodeeltjes in de magnetische vloeistof zijn een specifieke vorm van roest, als het ware kleine magneten. Die hebben de neiging naar de magneet te gaan waarmee bij deze scheiding wordt gewerkt. Ook trekken ze elkaar aan en kunnen ze samen klonteren. Dan houd je in de vloeistof alleen zo’n klont en water over. Dat is dramatisch.”
„Voor de stabiliteit van de magnetische vloeistof moet je deze deeltjes dus uit elkaar zien te houden. Dat kan door ze een sterke lading mee te geven. Dan stoten ze elkaar af, blijven ze op afstand van elkaar. In de praktijk is dat lastig, want er gaan er toch altijd een paar clusteren. Dit is helemaal belangrijk in sterkere magneetvelden. Want hoe sterker een extern magnetisch veld, hoe meer de nanodeeltjes elkaar opzoeken.”
De samenwerking met Nijmegen is gezocht, zo gaat Van Silfhout verder, omdat hier de beschikking is over een hoogveld magnetisch lab, die als gekkigheid bijvoorbeeld een kikker kan laten zweven. Het heet officieel het High Field Magnet Laboratory, waar wetenschappers van over heel de wereld gebruik van willen maken.
Lab Nijmegen: extreem sterke magneet
„Het bijzondere aan de magneten van dit lab is dat er extreem sterke magneetvelden mogelijk zijn. Dit is zelfs over een relatief groot volume mogelijk, waardoor we veel experimenten tegelijk konden doen.”
„Zo hebben we experimenten gedaan met een zelfgemaakte magnetische vloeistof, maar ook met commercieel beschikbare varianten. We hebben kunnen concluderen dat de magnetische vloeistoffen die op dit moment op de markt zijn niet goed genoeg zijn voor zulke sterke magneetvelden. De vloeistof van ons is dat wel. Deze magnetische vloeistof bleef stabiel bij grote magnetische kracht, wat nodig is om materiaal met hoge dichtheid te scheiden.”
Van Silfhout noemt koper als voorbeeld van zo’n element maar ook andere edelmetalen in een telefoon kunnen met de aanpassing van MDS in een klap worden gesorteerd.
„Als je bijvoorbeeld een oude telefoon in allemaal kleine stukjes breekt, kan je die scheiden en weer hergebruiken als puur materiaal. Of denk aan een printer of andere elektronica die met MDS kan worden aangepakt. Je houdt waardevol materiaal zoals edelmetalen over die een leuke cent kunnen opleveren bij hergebruik. Deze manier van afval scheiden kan zo twee voordelen opleveren: economisch en goed voor het milieu.”
Ieder een puzzelstukje
De praktijk moet uitwijzen op welke termijn de nieuwe magnetische scheidingsmethode is toe te passen. Van Silfhout wijst er op dat het in The Journal of Physical Chemistry Letters gepubliceerde onderzoek (Colloidal stability of aqeous ferrofluids) ‘slechts’ een puzzelstukje is.
„De onderzoeken voor Magnetische Dichtheid Scheiding draaien al een tijdje. Technische universiteiten in Nederland werken ieder aan een deel van de oplossing. Twente richt zich bijvoorbeeld meer specifiek op de magneet, Eindhoven op de vloeistofstroom en Delft doet de engineering. Al die elementen moeten kloppen voordat het geheel kan werken.”
De fabriek van Plastic Recycling Amsterdam geldt tot nu toe als het beste voorbeeld van succesvolle toepassing van Magnetische Dichtheid Scheiding. In de Amsterdamse haven wordt plastic afval van uiteenlopende partijen zoals afvalverwerkers en gemeenten ontvangen.
Vroeger moesten de verschillende plastics met de hand worden gesorteerd of door ze in kleine stukken in een normale vloeistof te doen, waarbij het ene deel zonk en de rest bleef drijven. Dit is een kostbare methode en levert maar een vrij grove selectie op.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
