In Oostenrijk belandt momenteel bijna 70.000 ton plastic folies bij het afval. Daarvan kan slechts 12.000 ton worden gerecycled. Het overige plastic wordt verbrand: thermische recycling. Dat veroorzaakt weer broeikasgassen. “Momenteel kan plastic folie niet op rendabele wijze worden gerecycled. Een oplossing voor dit probleem is dringend nodig. Het recyclingpercentage moet van de huidige 25 à 30 procent worden opgetrokken tot 50 procent tegen 2025. Dit is vastgelegd in het Actieplan 2019 van de Europese Commissie voor de implementatie van de Circulaire Economie”, legt DI Gerald Koinig van de werkgroep Digitale Afvaltechnologie van het Instituut voor Afvalterugwinningstechnologie & Afvalbeheer van de Universiteit van Leoben uit. Daar is een nieuwe methode ontwikkeld waardoor een besparing van bijna drie ton CO2-equivalenten per ton plastic folie kan worden bereikt.
Complexe materiaalsamenstelling
De hindernis bij het verhogen van het recyclingpercentage is het sorteren van folie. Dat mislukt soms door de scheiding van twee gangbare soorten folies: folies met één laag, die worden gebruikt als verpakking voor bijvoorbeeld speelgoed, en folies met meerdere lagen, die worden gebruikt als verpakking voor levensmiddelen.
“Meerlaagse folie heeft meerdere functies, legt Koinig uit. Ze moeten licht zijn. Want hoe zwaarder, hoe meer broeikasgassen tijdens het vervoer worden uitgestoten. Tegelijkertijd moeten ze de inhoud beschermen tegen UV-stralen en mechanische schokken, ondoordringbaar zijn voor gassen en – last but not least: zorgen dat de inhoud lang vers blijft. Want alleen al de verpakking kan de houdbaarheid van voedsel aanzienlijk verlengen. (Bron: Denkstatt Studie 2016).
Ook interessant: We moeten nu toch echt een keer van dat plastic af
Om al deze eigenschappen in één folie te combineren, worden meerdere lagen opgebouwd uit diverse op aardolie gebaseerde materialen. Het gaat bijvoorbeeld om polyethyleen (PE), polypropyleen (PP), polyethyleentereftalaat (PET) en ethyleen-vinylalcohol (EVOH).
Downcycling en thermische verwerking
Het zijn echter juist deze materiaalsamenstellingen die het sorteren van meerlaagse kunststoffolie bemoeilijkt. Dit komt doordat standaard nabij-infrarood spectroscopie gegevens oplevert waarvan de informatie-inhoud te laag is om de foliefracties te classificeren. Daarom worden meerlaagse en eenlaagse films momenteel niet van elkaar gescheiden en samen gerecycled. Ook al zou de eenlaagse folie in principe kunnen worden hergebruikt. Maar zelfs een zeer klein deel meerlaagse folie kan tot een vermindering van de mechanische eigenschappen van die recyclingproducten leiden. Daarom worden kunststoffolies in het beste geval gebruikt voor ‘downcycling’ (hergebruik voor een kwalitatief minder product) – en in het slechtste geval voor thermische recycling.
Informatie-inhoud van de spectra
Koinig doet in het Projekt Multilayer Detection onderzoek naar een oplossing voor de scheiding van mono- en meerlagige fracties. De nadruk ligt op de gemeenschappelijke technologie van sorteren in nabij-infrarood, die als zodanig voor beide grote mogelijkheden biedt: Verhoging van het recyclingpercentage en besparing van broeikasgassen. De onderzoekers staan voor de uitdaging om de informatie-inhoud van de spectra te verhogen en classificatie mogelijk te maken. Daarbij moeten twee problemen worden opgelost:
- Door de geringe laagdikte is de stralingsinteractie met folies over het algemeen zeer gering.
- De verschillen in stralingsinteractie tussen monolaag- en meerlaagse films zijn zeer klein.
Het onderzoeksdoel is bereikt wanneer zowel de stralingsinteractie als de classificatiekwaliteit kunnen worden verbeterd.
Nabij-infrarood sortering
Gewoonlijk wordt licht verpakkingsafval in twee stappen gescheiden. In de eerste stap gaat de materiaalstroom door de ballistische scheider. Dit heeft het voordeel dat verschillende sorteerprocessen gecombineerd kunnen worden gebruikt. Dit betekent dat invloedsfactoren zoals gewicht, afmetingen, dichtheid en vorm van het te sorteren materiaal in gelijke mate in aanmerking worden genomen. Kunststoffolies met één of meer lagen bevinden zich gewoonlijk in een materiaalstroom van PET-flessen en andere kunststoffen en worden gesorteerd op basis van hun dichtheid. Nadat de plastic films door de ballistische scheider zijn gegaan, worden zij in de tweede stap door een nabij-infrarood sorteersysteem geleid en gescheiden.
Classificering door spectraalinformatie
Machine learning en multivariante data-analyse worden al gebruikt bij afvalbeheer. Met de huidige modellering zou de scheiding van eenlaagse en meerlaagse folie echter uiterst tijdrovend zijn. Indien een machine in staat is een materiaalstroom meerlaagse films te herkennen, dan moet het systeem getraind worden voor elke denkbare samenstelling van materialen.
In het project Meerlagige detectie wordt ernaar gestreefd dit tijdrovende leerproces te omzeilen door gebruik te maken van een neuraal netwerk. Hierbij worden algemeen geldige verschillen tussen een- en meerlagige kunststoffilms op basis van spectrale informatie erkend – en wordt een classificatie uitgevoerd.
Multivariante data-analyse
De methode is niet in de laatste plaats gebaseerd op multivariante gegevensanalyse, die het instrument van de principale-componentenanalyse (PCA) biedt. Dit maakt het mogelijk grote hoeveelheden gegevens met een veelheid van beïnvloedende factoren te overzien en de relevante factoren voor een classificatie van de gegevens te bepalen. Als er bijvoorbeeld 220 invloedsfactoren zijn in de foliespectra, kan PCA worden gebruikt om te bepalen of verschillen kunnen worden verklaard op basis van twee of drie invloedsfactoren, legt Koinig uit. Hij kan op dit moment niet verder in detail treden over de innovatie vanwege een lopende octrooiprocedure. Het kan echter op een kostenbesparende manier in bestaande machines worden geïntegreerd.
Recycling van kunststof-folie
Met het nieuwe procédé kunnen kunststoffolies bestaande uit één laag weer in de productcyclus worden opgenomen en worden gerecycled. Theoretisch kan de folie op die manier meerdere malen gerecycled worden. Opwerking veroorzaakt echter vaak een degradatie van de polymeren, die gepaard gaat met een verslechtering van de materiaaleigenschappen, aldus Koinig. Om de eigenschappen van het polymeer te verbeteren, moeten vaak additieven zoals stabilisatoren of vulstoffen worden toegevoegd. Daarom willen de onderzoekers ook de eigenschappen bepalen van de recyclaten die met de nieuwe sorteerbenadering kunnen worden geproduceerd. Hoeveel cycli een materiaal kan overleven zonder bijkomende stabilisatie, moet de komende maanden duidelijk worden, zeggen zij.
De materiaalsamenstellingen van de meerlaagse films kunnen met behulp van chemische processen in hun bestanddelen worden ontleed en ook worden gerecycled.
Reductie van broeikasgas-emissies
Door de plastic films te recyclen, kan het verbruik van grondstoffen bij de productie drastisch worden verminderd. Dit wordt bewezen door een levenscyclusanalyse (LCA) die als onderdeel van het project werd uitgevoerd. In vergelijking met de huidige situatie blijkt dat de recycling van een- en meerlagige kunststoffolies het broeikaseffect van beide fracties met 90 procent kan verminderen. Dit komt overeen met een besparing van bijna drie ton CO2-equivalenten per ton plastic folie.
Ook interessant: Revolutie in recycling van plastics door enzymen
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
