Riwald Recycling in Almelo is een goed georganiseerd en verrassend schoon bedrijf. Keurige stapels koper, aluminium, plastic en printplaten wachten op verdere verwerking. Een enorme hoop oude magnetrons, stofzuigers en wasmachines zullen snel worden versnipperd en gescheiden in verschillende onderdelen. ‘Ons bedrijf is gespecialiseerd in mechanische scheiding van metaalafval. Alle stappen in het proces worden op één locatie uitgevoerd. Dat maakt ons uniek in de recyclingbranche’, zegt manager Ömer Avci.
Hoewel het scheidings- en recyclingpercentage van het bedrijf hoog is, rond de 88%, zijn sommige onderdelen moeilijk te verwerken, bijvoorbeeld de plastic onderdelen van wasmachines. Schuur pakt een plastic onderdeel van de stapel. ‘Het recyclen van dit soort plastic onderdelen is een uitdaging omdat er zoveel verschillende soorten plastic zijn, elk met hun eigen samenstelling’, zegt hij. ‘Om recycling mogelijk te maken, willen we samen met onze onderzoekspartners een optimaal scheidingsrecept voor dit soort plastics ontwikkelen, gebaseerd op chemische technologieën, zoals pyrolyse of vloeistofextractie.’ In een volgende stap kan Riwald Recycling het proces vervolgens opschalen voor industriële toepassing.
Problematisch afval
In Nederland is het recyclen van afval vrij goed georganiseerd. Veel soorten afval kunnen worden hergebruikt, bijvoorbeeld plastic, papier en organisch afval. Sommige afvalstromen zijn echter moeilijk te recyclen en belanden in de verbrandingsoven, waar potentieel waardevolle materialen verloren gaan. ‘Sommige stromen vormen een echte uitdaging om te recyclen’, zegt Boelo Schuur. Schuur is programmadirecteur bij het Institute for Sustainable Process Technology (ISPT), maar doet ook onderzoek naar nieuwe scheidingstechnologieën. ‘Vooral nat afval kan een probleem zijn, bijvoorbeeld stromen met een mengsel van nat papier en plastic, of organisch afval vermengd met niet-afbreekbare componenten. Veel van die afvalstoffen zijn door het aanwezige water verdund of opgelost. Om die te verwijderen is een heel energie-intensief proces.’ Etiketten van bierflesjes worden bijvoorbeeld gemaakt van speciaal, waterbestendig papier en komen uiteindelijk terecht in een natte stroom die moeilijk te verwerken is.
‘Het proces lijkt erg op het afbreken van een Lego-gebouw in individuele Lego-blokjes om een nieuw bouwwerk te maken’
Scheidingsuitdaging
In het kader van het project ReBBlocCS, gefinancierd door de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland, bundelen universiteiten en bedrijven hun krachten om waardevolle stoffen beter terug te winnen uit deze moeilijke afvalstromen. Deelnemers uit het bedrijfsleven zijn onder andere kleine bedrijven, zoals BioBTX, die beschikken over geavanceerde technologieën om uit afval waardevolle chemicaliën te halen. Vervolgens gebruiken grote industriële partners, zoals DOW Chemical, deze als bouwstenen om nieuwe producten te maken. De universiteiten dragen bij met specifieke kennis om afvalverwerking en terugwinningstechnologieën te optimaliseren. ‘De kern van het project is om een combinatie van technologieën te gebruiken om zo moeilijk te verwerken afvalstromen efficiënt om te zetten in chemische bouwstenen’, legt Schuur uit. ‘Het proces lijkt erg op het afbreken van een Lego-gebouw in individuele Lego-blokjes, die vervolgens kunnen worden gebruikt om een nieuw bouwwerk te maken. De extractie van deze chemische bouwstenen, zonder onzuiverheden, is echter een echte scheidingsuitdaging.’
Stap voor stap
In het project zijn er drie belangrijke omzettingstechnologieën om met moeilijk afval om te gaan: microbiële omzettingen, pyrolyse en vergassing. Door een combinatie van deze technologieën te gebruiken in een stapsgewijs proces, kunnen wetenschappers afval stap voor stap in bruikbare chemicaliën omzetten. Als eerste stap kunnen micro-organismen worden gebruikt in gemengd afval, waarin organische componenten, bijvoorbeeld papier of keukenafval, maar ook niet-afbreekbare delen zoals plastic, zitten. De micro-organismen zetten de organische stoffen om in glucose, waarna een volgende stap het resterende plastic behandelt. In de tweede conversiestap, reduceert pyrolyse (bedrijven Alucha en BioBTX zijn hierbij betrokken), het (plastic) afval tot de basisbouwstenen. Tijdens dit proces wordt afval verhit tot 500 °C en omdat er geen zuurstof aanwezig is, verbrandt het materiaal niet, maar valt uiteen in verschillende fracties: de legostenen. Deze fracties bestaan uit waardevolle bestanddelen die, na extractie, klaar zijn voor hergebruik.
'Voor de mix aan kleinere moleculen ontwikkelen we scheidingstechnologieën samen met het European Membrane Institute dat ook in onze laboratoria is gevestigd'
Hoogwaardige polymeren
De start-up BioBTX, partner in het project, heeft de pyrolyse technologie verfijnd en geoptimaliseerd en past een tweestaps proces toe om een gemengde afvalstroom, bijvoorbeeld plastic en organisch afval, efficiënt te behandelen zonder het gebruik van micro-organismen. De eerste pyrolysestap breekt plastic en de organische (biomassa) moleculen in kleinere moleculen, die samen in een damp eindigen. Aanwezige metalen komen in een aparte stroom vaste stoffen terecht, en zijn gemakkelijk te verwijderen voor hergebruik. Van de kleinere moleculen in de damp maakt het bedrijf in de volgende stap benzeen, tolueen en xyleen (BTX). Het mooie van de methode is dat deze kan worden toegepast op plastic afval, maar ook op complexere mengsels van plastic en een kleine hoeveelheid organische stoffen. ‘Sommige van de belangrijkste fracties die voortkomen uit de BioBTX-technologie kunnen worden gebruikt als grondstof voor hoogwaardige polymeren om vezels van te maken’, legt Schuur uit. ‘Voor de mix aan kleinere moleculen ontwikkelen we scheidingstechnologieën samen met EMI Twente dat ook in onze laboratoria is gevestigd. De afgescheiden fracties kunnen vervolgens naar een naftakraker die grondstoffen produceert om polymeren te synthetiseren.'
De derde belangrijke afvalverwerkingstechnologie is vergassing. Bij veel hogere temperaturen dan pyrolyse, meer dan 800 °C, en zonder de aanwezigheid van zuurstof, zet deze methode afval voornamelijk om in koolmonoxide (CO) en waterstofgas (H2). Dit mengsel, synthesegas genoemd, is geschikt om allerlei chemicaliën te maken, van biodiesel en biokerosine tot polymeren. Schuur: ‘Deze technologie kan alle afvalstromen die organische stoffen bevatten verwerken. Het is echter een soort ‘back-up’ oplossing. Het ‘vreet alles op’, maar is niet per se de meest economische optie.’
Combinatie van behandelingen
De samenstelling van complexe afvalstromen verschilt echter voortdurend. Voor een succesvolle en efficiënte terugwinning van grondstoffen is een combinatie van deze verschillende behandelingen, op maat gemaakt voor elke stroom, noodzakelijk. Dat betekent dat de wetenschappers elke keer opnieuw moeten beslissen welke methoden het meest geschikt zijn voor die specifieke stroom. ‘Onze partner Wageningen Universiteit voert de nodige evaluaties en berekeningen uit om te bepalen welke combinatie van scheidingsmethoden het meest geschikt is voor een bepaalde afvalstroom’, legt Schuur uit. ‘Deze processen kunnen beginnen met een grove fysieke scheiding in verschillende delen, of voorbehandeling met micro-organismen. De overgebleven fracties kunnen we vervolgens individueel verwerken tot de uiteindelijke chemische bouwstenen. Dit resulteert in een optimale reeks gerecyclede chemicaliën voor gebruik in de industrie.’
Milde scheidingstechnologieën
Hoewel de twee-staps pyrolyse van BioBTX een belangrijke technologie is om veel verschillende soorten afval af te breken, kunnen de resulterende chemicaliën, bedoeld om bouwstenen te leveren, verontreinigd zijn met verbindingen zoals zwavel, chloor of broom. ‘Als de concentraties van deze verontreinigingen te hoog zijn, boven de 10 ppm, is de verdere omzetting in geschikte chemicaliën in naftakrakers onmogelijk’, zegt Schuur. ‘In onze Twentse laboratoria gaan we daarom geschikte, milde scheidingsmethoden ontwikkelen om deze te verwijderen. Geavanceerde extractie- en adsorptietechnologieën zouden bijvoorbeeld effectief kunnen zijn.’
De wetenschappers verwachten dat het project over ongeveer vier jaar voldoende kennis biedt om moeilijk te recyclen afval om te zetten in bouwstenen voor de chemische industrie. Door afval om te zetten in waardevolle bouwstenen voor hergebruik, worden kringlopen gesloten. En dat draagt bij aan een duurzamere samenleving.
