Vanaf Archimedes staat de geschiedenis van de wetenschap bol van de eureka-momenten. Dat overkwam dus ook een groep Deense onderzoekers. Zij kwamen erachter dat er een heel eenvoudige manier was om het niet afbreekbaar geachte polyurethaan (PU) toch te kunnen recyclen. “We waren zeer verbaasd dat het zo eenvoudig was om zo’n hoogontwikkeld materiaal te deconstrueren. Dat hadden we nooit verwacht”, zegt Steffan Kvist Kristensen.
Hij is assistent-professor aan de Universiteit van Aarhus en maakt deel uit van de groep die een manier heeft gevonden om PU chemisch te recyclen. Polyurethaan is een plastic materiaal dat in veel voorwerpen in ons dagelijks leven wordt toegepast. Zoals voor matrassen, om maar een voorbeeld te geven. Je kunt PU ook gebruiken als isolatiemateriaal in koelkasten. De toepassingsmogelijkheden zijn vrijwel oneindig. PU wordt gemaakt van ruwe olie. Er was tot dusver geen goede manier om de kunststof af te breken tot basismateriaal voor nieuwe producten.
De Deense wetenschappers kwamen tot hun eigen verbazing uit op een simpele oplossing voor dat probleem. Door tert-amylalcohol met kaliloog in een vat te verhitten tot 225°C blijkt de polyurethaanverbinding af te breken. Zo kun je terugkeren naar het beginpunt van de PU-synthese. Na het koken van het materiaal worden de basisverbindingen polyolen en amineprecursor verkregen die samen polyurethaan vormen. De Deense wetenschappers, die werken voor het RePURpose-consortium, zijn erin geslaagd twintig verschillende soorten polyurethaan af te breken. Er rust inmiddels patent op de methode.
De kracht van polyurethaan
De hoge weerstand van PU vormt een van de belangrijkste beperkingen bij het vinden van manieren om het opnieuw te gebruiken. De chemische structuur van polyurethaan bestaat uit sterke verbindingen tussen de moleculen.
“Ik neem altijd een waterfles als voorbeeld als ik moet uitleggen hoe moeilijk recycling van PU is”, begint Kristensen. “Die is gemaakt van thermisch plastic, wat betekent dat je het kunt smelten en vormen om nieuwe materialen te krijgen. PU is een thermohardende kunststof die geen smeltpunt heeft. Als je dat vloeibaar probeert te maken, verbrandt het gewoon.”
Door dit probleem is mechanische recycling tot dusver een van de belangrijkste manieren om polyurethaan te hergebruiken. Hierbij wordt het materiaal in stukken gebroken. De resulterende PU-vlokken kunnen dienen als vulmiddel in de bouwsector of om bijvoorbeeld een ondertapijt van te maken. Net als andere minder gebruikelijke oplossingen heeft deze methode nog geen ingang gevonden, aangezien het grootste deel van het polyurethaan nog steeds op stortplaatsen terechtkomt of wordt verbrand.
De ene ontdekking leidt tot de andere
Het Deense team probeerde verschillende procedures uit voordat ze tot de doorbraak kwamen. Vorig jaar braken de onderzoekers polyurethaan af met iridium– en mangaankatalysatoren in combinatie met waterstof. Maar hoewel effectief, bleken beide opties niet de aangewezen methode. “Iridium is te duur. Het zou niet haalbaar zijn op industriële schaal. Mangaan is weliswaar efficiënter, maar heeft veel nadelen. We dachten dat we PU op een eenvoudiger manier konden deconstrueren,” herinnert Kristensen zich.
Die experimenten maakten de weg vrij voor de op potas gebaseerde methode. Terwijl het metaal als katalysator werkte, merkten de onderzoekers dat er op de achtergrond een andere reactie plaatsvindt waarbij het alcoholoplosmiddel betrokken is. Maandenlange inspanningen om het juiste temperatuurbereik en de juiste additieven te vinden en ervoor te zorgen dat een of andere onzuiverheid van het materiaal het verschijnsel niet veroorzaakte, leidden tot de methode die zij nu ontdekten. De oplossing op basis van alcohol bleek even krachtig te zijn als de metaalgekatalyseerde oplossing en was tegelijkertijd goedkoper.
De wereld kan niet zonder
De wereldeconomie kan nog niet zonder PU. De wereldmarkt voor polyurethanen bedroeg in 2020 meer dan 24 miljoen ton. Prognoses wijzen op een groei tot 29 miljoen ton in 2029. De stijgende vraag van de bouwsector – gezien de isolerende eigenschappen voor de energie-efficiëntie van gebouwen – en van de automobielsector stuwen de vraag op. PU lijkt momenteel onvervangbaar. De kwaliteiten van het materiaal zijn nog steeds ongeëvenaard, vooral omdat het goedkoop te produceren is.
Bij de productie van een kilogram PU komt bijvoorbeeld 3,5 kg CO2 in de atmosfeer terecht. In vijftig jaar kan het honderd keer zoveel kooldioxide equivalent absorberen. Een 1,6 cm dik PU paneel is even isolerend als een 1,34 meter dikke betonnen muur. Stoppen met het gebruik ervan is misschien niet haalbaar, maar efficiënte polyurethaanrecyclingmethoden zouden kunnen helpen om gewoonten te veranderen.
Goed gedefinieerde afvalstromen
Hoewel het gemakkelijk is en potentieel geschikt voor de industrie, moet de hele recycle-keten opnieuw worden bekeken. “Wat gebeurt er als PU wordt vervuild door andere materialen? Zuiverdere en meer uniforme stromen polyurethaan krijgen helpt om het materiaal te deconstrueren en verder te recyclen,” zegt Kristensen.
“Een uniforme afvalstroom van bijvoorbeeld matrassen zou het gemakkelijker maken om ze tot nieuwe te recyclen. Producten van gerecycled PU hebben dezelfde eigenschappen als nieuwe materialen. Als er een mix van verschillende materialen is, wordt het ingewikkelder om een uniforme afvalstroom te krijgen.”
Wat dit betreft kunnen alle initiatieven die gemeenten nemen – zoals het inzamelen van oude koelkasten – het gemakkelijker maken om de circulariteitskringloop te sluiten. Er zijn veel oplossingen om de afvalstromen te verbeteren. In een studie van de Universiteit van Wageningen benadrukten wetenschappers hoe het gebruik van dezelfde soort plastic voor zowel flessen als doppen, kan leiden tot een zuiverder en grotere kwaliteit recyclaat.
Plasticprobleem nog lang niet opgelost
In hetzelfde document werd erop gewezen dat beleidsbeslissingen van alle ketenpartijen – verpakkingsbedrijven, gemeenten en sorteer- en recyclingbedrijven – het vermogen hebben om circulariteit te bevorderen.
Al met al kan een goed beheer van de recyclingketen – met een betere samenwerking tussen alle betrokken partijen – het verschil maken. Iets waar Kristensen het mee eens is. “Plastic recyclen is geen probleem dat alleen kan worden opgelost door een enkele technologische vooruitgang zoals wij die hebben bereikt. Alle spelers moeten meedoen, anders wordt het niet opgelost”, besluit hij.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
