Als het aan chemicus Ton Vries ligt gaat vanaf 2024 een groeiend deel van ons gemengde afvalplastic richting een nieuwe installatie van BioBTX, waarvan de bouw bij Delfzijl staat gepland. ‘We denken aan een gefaseerde start, waarbij we beginnen met een capaciteit van 22 miljoen kilogram per jaar, die wordt opgeschaald naar 50 miljoen kilogram.’ Vries is aandeelhouder en interim-directeur van BioBTX, en werkt als hoofd innovatie bij Symeres, het voormalige Syncom, dat in 2012 samen met de RUG en Ecoras BioBTX oprichtte.

De fabriek gaat afvalplastics omzetten in benzeen, tolueen en xyleen: BTX. Deze kleine aromaten zijn bulkgrondstof voor een schier eindeloze reeks toepassingen, variërend van monomeren voor kunststoffen tot coatingingrediënten en fijnchemie voor geneesmiddelen. Vries: ‘Het zijn breed inzetbare moleculen, je kunt er ook geurstoffen mee maken en vanuit xyleen zelfs wasmiddelen. Met deze recycletechnologie krijg je dus toegang tot heel veel markten die op zoek zijn naar hernieuwbare koolstof.’

Zeoliet-katalysator

BioBTX is gebaseerd op onderzoek en een patent dat Syncom en de Groningse hoogleraar chemische technologie Erik Heeres in 2017 registreerden. Het thermochemische proces draait kort samengevat om zuurstofloze verhitting van koolstofrijk restafval tot ruim 500 °C. De gassen die daarbij ontstaan, worden via een zeoliet-katalysator gearomatiseerd. De lichtere BTX-fractie wordt vervolgens door destillatie gescheiden van een zwaardere oliefractie. Daarin zitten vooral polycyclische aromaten die na hydrogenering over een katalysator met ruthenium weer terugstromen in de pyrolyse-reactor. Die terugkoppeling zorgt voor synergie en de vorming van extra BTX.

‘Er zijn nu al zoveel opties dat storten of verbranden binnenkort geen alternatief meer zijn’

Deze katalytische thermische conversie is oorspronkelijk ontwikkeld met glycerol, cellulose en lignine, maar afvalplastics doen het zo mogelijk nog beter, zegt Vries. ‘Het systeem leent zich heel goed voor verschillende afvalstromen. Dat hebben we in de pilot plant in Groningen inmiddels uitgebreid getest. Plastic bevat meer koolstof en minder zuurstof dan biomassa, dus de opbrengst is hoger. Het grote voordeel van dit proces is dat de pyrolysestap gescheiden is van de katalysator, waardoor het proces minder gevoelig is voor verontreinigingen in het plastic. De pilot plant laat hogere opbrengsten BTX zien dan op r&d-schaal.’

Pyrolyse wordt inmiddels op een aardige schaal ingezet om afvalplastics om te zetten in syngas, scheepsbrandstof of plastic-olie die in kraakinstallaties wordt omgezet in etheen en propeen. Vries: ‘Met de synthese van BTX uit plastics zit je een stapje hoger in de waardeketen dan syngas of olie. Maar voor verschillende verwerkingstechnologieën is een rol weggelegd, want alleen al in Europa is de stroom afvalplastic enorm. Er zijn nu zoveel opties beschikbaar dat storten of verbranden van plastic over enkele jaren geen alternatief meer genoemd kan worden.’

Koploper in Europa

Als het om afval gaat zijn er in Nederland op dit moment twee keuzes: recyclen of verbranden. Storten op de vuilnisbelt is sinds 1980 vrijwel afgeschaft; daarmee zijn we koploper in Europa. Zodoende ging in 2018 maar liefst 7.500 miljoen kilogram afval van bedrijven, industrie en huishoudens in vlammen op. De warmte die daarbij ontstaat levert ongeveer 2,5 % van de Nederlandse energieproductie, maar is ook goed voor 5 % van onze nationale CO2-emissie.

Hoeveel kunststof jaarlijks in rook opgaat, is niet precies te zeggen, omdat de Nederlandse statistieken een grote post ‘overig’ bevatten. Onderzoeksbureau CE Delft schat dat minstens 500 miljoen kilogram plastic wordt verbrand, en mogelijk zelfs 1 miljard kilogram. Er is hoe dan ook veel ruimte voor verbetering, vooral wat betreft de laagwaardige bulk van de ingezamelde plastics: folies en vooral mengplastic, de zogenaamde DKR-350. Die fractie is alleen geschikt voor laagwaardige toepassingen zoals vuilniszakken en parkbankjes, of energieopwekking in de vuilverbranding. Dat laatste lot wacht naar schatting 250 miljoen kilogram plastic uit ons huishoudelijk afval.

Om daar verandering in te brengen, werd in februari het Nationaal Platform Plastics Recycling gelanceerd, waarin onderzoeksinstituten, afvalverwerkers en chemiebedrijven samenwerken. Er zijn op alle vlakken verbeteringen nodig, van efficiënter sorteren tot hoge kwaliteit granulaat en innovaties met extractie, solvolyse en thermochemie.

Het nieuwe platform gebruikt als whitepaper een recente review van Ina Vollmer en collega’s over onderzoek en innovaties rond plasticrecycling. ‘We wilden daarin een overzicht geven van alle mogelijkheden en nieuwe methodes’, zegt Vollmer, die met een Veni-grant werkt aan nieuwe polymeerrecycling bij de groep van Bert Weckhuysen in Utrecht.

Vollmers onderzoek focust deels op katalytische pyrolyse en deels op het recyclen van monomeren met een heel andere aanpak: mechanochemie. ‘In de plastic-productie is depolymerisatie door mechanische krachten een probleem, bijvoorbeeld bij extrusie’, licht ze toe. ‘Maar het is tegelijkertijd een proces dat je bij recycling goed zou kunnen gebruiken. Je verbreekt met mechanische krachten de verbindingen in de polymeerketens; dat kun je ook bij een lagere temperatuur doen.’

Er is tot nu toe spaarzaam onderzoek gedaan naar mechanisch depolymeriseren, onder meer met ultrasoon geluid. Verder is het mogelijk om voorafgaand aan pyrolyse chloor gedeeltelijk uit PVC te verwijderen in een kogelmolen met calciumoxide. ‘Mechanochemie levert in ieder geval nieuwe aanknopingspunten’, zegt Vollmer. ‘Ik wil daarmee vooral gaan kijken naar polyolefinen, omdat dat de bulk is van het kunststof afval. Mijn idee is om plastic-afval en een katalysator in een kogelmolen zonder oplosmiddel samen te brengen, om zo het plastic te vermalen en te depolymeriseren.’

Geen universele oplossing

Plasticrecycling blijkt een complex onderzoeksveld: er zijn veel verschillende polymeersoorten, toevoegingen en toepassingen. Er zal evenwel geen universele recycling-oplossing komen, denkt Vollmer. ‘Je moet voor ogen houden dat we decennialang heel diverse chemie hebben ontwikkeld om polymeren te maken. Dan is het logisch dat je vervolgens verschillende processen nodig hebt om die te recyclen.

Je kunt natuurlijk verschillende plastics in een pyrolysereactor tot olie verwerken, maar voor de route naar een goede kwaliteit granulaat of monomeren zijn er andere processen nodig. Bovendien moet je proces uiteindelijk wel kunnen concurreren met grondstoffen uit aardolie.’

De discussie over plasticrecycling lijkt volgens Vollmer soms om CO₂-reductie te draaien, maar dat is niet het hoofddoel. ‘Een kunststof verpakking draagt vaak niet meer dan 5 % bij aan de CO₂-footprint van een voedselproduct. Daar ga je dus geen grote winst behalen. Het milieuargument vind ik veel belangrijker. We willen geen plastic meer in de natuur. Daarom moeten we veel meer recyclen.’