Efficiënt Plastic Recyclen: Nieuwe Technologieën en Oplossingen

Slechts 9% van het plastic wereldwijd wordt gerecycled. Door een slechte afvalverwerking belandt bijna driekwart ervan op stortplaatsen of in het milieu.

Hoe kan plastic recyclen efficiënter worden?

Een overzichtsartikel van onderzoekers aan de Universiteit van Buffalo vat de nieuwste technologieën en methoden samen, geleid door procesystemen engineering. Dit omvat chemische oplosmiddelen die specifieke kunststoffen kunnen oplossen en geautomatiseerde plastic sortering met behulp van kunstmatige intelligentie.

Geselecteerd als het omslagartikel voor de editie van 9 juli van Industrial & Engineering Chemistry Research, een tijdschrift van de American Chemical Society, concludeert het artikel dat oplosmiddel-gebaseerd recyclen zowel een duurzame als economische optie is. Echter, het vervangen van op fossiele brandstoffen gebaseerde kunststoffen door biogebaseerde kunststoffen blijft een uitdaging.

“Meer onderzoek en technologische ontwikkeling zijn noodzakelijk om duurzaamheid in kunststoffenbeheer te bereiken,” zegt de corresponderende auteur van de studie, Aurora del Carmen Munguía-López, Ph.D., assistent-professor aan de afdeling Chemische en Biologische Engineering van de UB School of Engineering and Applied Sciences. “We hebben niet alleen holistische en uitgebreide benaderingen nodig, maar moeten ook de voor- en nadelen van die benaderingen gedurende hun hele levenscyclus in overweging nemen.”

De co-auteurs van het artikel zijn postdoctoraal onderzoeker Xate Sanchez-Zarco en Ph.D.-student Alan Owusu-Boateng.

Kunststoffen zijn nog steeds onmisbaar

Onjuiste verwijdering van kunststoffen kan leiden tot ophoping in zowel het milieu—er wordt geschat dat er 150 miljoen ton plastic in de oceaan ligt—als in het menselijk lichaam. Blootstelling aan kunststoffen is in verband gebracht met kanker, ademhalingsproblemen, vruchtbaarheidskwesties en ontwikkelingsvertragingen.

Toch zijn kunststoffen ook een cruciaal onderdeel van het moderne leven, gebruikt in verpakkingen, elektronica, gebouwen en textiel. Ze hebben veel milieuvoordelen, van het verminderen van voedselverspilling tot het verhogen van de brandstofefficiëntie van voertuigen.

“Het uitsluiten van het gebruik van kunststoffen is momenteel geen haalbare optie,” zegt Munguía-López. “We hebben alternatieven nodig voor het huidige onhoudbare beheer van kunststoffen.”

Oplosmiddelen en AI als mogelijke oplossingen voor recyclen

Een van de alternatieven kan oplosmiddel-gebaseerd recyclen zijn, dat complexe materialen kan recyclen die niet op traditionele wijze gerecycled kunnen worden. Oplosmiddelen kunnen hoge-puriteit polymeren binnen een plastic afvalstroom oplossen, waardoor ze worden verwijderd van ongewenste verontreinigingen.

Het artikel benadrukt een recente studie, geleid door de Universiteit van Wisconsin-Madison en mede-auteur Munguía-López, die ontdekte dat oplosmiddel-gebaseerd recyclen de meest economische optie was voor het recyclen van complexe, meerlaagse plastic folie gebruikt in verpakkingen voor koffiedik.

Hoewel oplosmiddel-gebaseerd recyclen relatief lage broeikasgasemissies heeft, kunnen variaties in het proces de emissies aanzienlijk verhogen. Oplosmiddel-gebaseerd recyclen zou een koelmethode moeten gebruiken om de opgeloste polymeren uit de oplossing te hervormen, zoals verschillende studies hebben aangetoond, in plaats van een verwarmingsmethode die meer emissies genereert.

“In ieder geval produceert oplosmiddel-gebaseerd recyclen hogere emissies dan traditioneel recyclen, dus de beste aanpak is waarschijnlijk een combinatie van zowel oplosmiddel-gebaseerd als traditioneel recyclen,” zegt Munguía-López.

Het artikel vat ook onderzoek samen over de rol van AI en machine learning in kunststoffenbeheer. Een sorteerdermodel, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison en genaamd PlasticNet, bereikte een classificatie nauwkeurigheid van meer dan 87% en zelfs 100% voor enkele specifieke kunststoffen. Andere teams hebben AI gebruikt om recyclingtechnologieën beter te bestuderen, met de ontwikkeling van modellen voor natuurlijke taalverwerking om relevante gegevens uit de literatuur te extraheren.

“AI-modellen zullen ook nodig zijn om de vraag op het niveau van de toeleveringsketen aan te pakken, zoals het verbeteren van transportplanning, het coördineren van belanghebbenden en het evalueren van verschillende beleidscenario’s,” zegt Munguía-López.

Kunnen we overstappen op biogebaseerde kunststoffen?

De haalbaarheid van biogebaseerde kunststoffen, die gemaakt zijn van landbouwgewassen zoals suikerriet en maïs en via compostering kunnen worden afgevoerd, is minder duidelijk.

Hoewel biogebaseerde kunststoffen lagere emissies hebben, vereisen ze ook veel water en land en concurreren ze direct met de voedselvoorziening. De implementatie van biogebaseerde kunststoffen zou ook meer composteerfaciliteiten vereisen en het publiek moeten voorzien van manieren om ze van traditionele kunststoffen te scheiden.

“We kunnen biogebaseerde kunststoffen niet valideren totdat we de impact van hun hele levenscyclus overwegen, van de winning van grondstoffen en productie tot verwijdering en sortering,” zegt Munguía-López. “Toekomstig werk in kunststoffenbeheer moet systeemniveau analyses omvatten om dit multiscale en multidimensionale probleem aan te pakken.”