Chemische recycling van plastic in actie: hoe vier bedrijven de handen in elkaar sloegen om industrieel productieafval om te zetten in waardevolle producten
In de polymeerindustrie zijn er afvalstromen die de industrie tot nu toe niet heeft kunnen recyclen. Het Finse bedrijf Uponor bevond zich in een soortgelijke situatie en besloot dat het tijd was voor verandering: ze besloten manieren te vinden om materialen te recyclen die in het verleden als ‘niet recyclebaar’ werden beschouwd. En samen met drie andere partners zijn ze daarin geslaagd.
Stel je voor, je bent een producent van leidingen voor woningen en bouwdoeleinden. Hoewel je jouw processen al in hoge mate hebt geoptimaliseerd, blijven er bij de productie van iedere leiding onvermijdelijke materiaalverliezen over: een kleine hoeveelheid productieafval. Het probleem met dit afval is dat het niet echt nuttig is.
Productieafval van de PEX-leidingproductie van Uponor. Bron: Uponor
Het Finse bedrijf voor duurzame wateroplossingen Uponor werd geconfronteerd met de hierboven beschreven situatie. Naast een breed scala aan andere producten produceert Uponor leidingen voor verwarming en sanitair. Deze leidingen zijn gemaakt van een specifiek soort polymeer: vernet polyethyleen, vaak "PEX" genoemd. De PEX-leidingen leveren een belangrijke bijdrage aan energie-efficiëntie en veiligheid. Ze zijn robuust, temperatuurbestendig en gaan lang mee. In principe hebben ze alle eigenschappen die je wilt zien in de leidingen die water door een gebouw transporteren.
Deze eigenschappen zijn terug te voeren op de vernettingskarakteristiek van polyethyleen. Vernetting verwijst naar de vorming van verbindingen tussen moleculen in het polyethyleen. Het creëren van deze "verbindingen" maakt het polymeer duurzamer, schadebestendiger en flexibeler. Klinkt dat ingewikkeld? Laten we proberen het eenvoudig te houden: zie polymeren als zeer lange ketens - denk aan gekookte spaghetti. Als je een hoop gekookte spaghetti op je bord legt, zul je zien dat ze niet iets spectaculairs vormen, maar uiteindelijk gewoon een hoop spaghetti blijven. Maar als je lijm gebruikt, kun je strengen spaghetti met elkaar verbinden en een echt netwerk vormen. Met elke verbinding die je maakt, voeg je stevigheid toe aan deze stapel pasta wat leidt tot een spectaculair stuk heerlijke kunst.
Een bord spaghetti. Lekker, maar een wankele aangelegenheid.
Met dat in gedachten beschouwen we PEX als een zeer goed aan elkaar gelijmde variant van de stapel spaghetti, waardoor het een uitstekende keuze is als je een duurzaam product nodig hebt. Helaas had dit in het verleden ook een keerzijde: PEX wordt beschouwd als bijna onmogelijk te recyclen met conventionele technologieën. Bij de productie van de PEX-leidingen had Uponor geen andere keuze dan het PEX-productieafval in te zamelen en af te voeren. Het werd verbrand of gestort. Daarom ging het team op zoek naar een efficiëntere grondstof, en vond er één nadat het de juiste partners had samengebracht.
"PEX heeft veel veelzijdige toepassingsmogelijkheden. 50 jaar PEX-leidingen spreken voor zich," zegt Thomas Fuhr, Chief Technology Officer bij Uponor. "Ons doel is om 100% van ons PEX-afvalmateriaal te gebruiken door middel van “closed loop recycling”. Om daar te komen, moesten we ergens beginnen en daarom zijn we in gesprek gegaan met chemische recyclingbedrijven."
Plastic afval vloeibaar maken
In Nokia, een kleine stad 150 kilometer ten noorden van Helsinki, runt het Finse bedrijf Wastewise Group het plastic equivalent van een sapcentrifuge, althans op het eerste gezicht: plastic afval gaat de installatie in, vloeibaar gemaakt afvalplastic komt eruit. Wat misschien heel eenvoudig klinkt, is een complexe technologie die het bedrijf zelf heeft uitgevonden. In tegenstelling tot appels en sinaasappels wordt het plastic niet geperst, maar gesmolten, verdampt en gecondenseerd. Wastewise gebruikt pyrolyse om vast plastic afval om te zetten in een vloeistof. In een reactor wordt het afvalplastic blootgesteld aan zeer hoge temperaturen van bijna 500 graden Celsius. Om te voorkomen dat het plastic tijdens het proces verbrandt, wordt zuurstof uit de reactor verwijderd: geen zuurstof, geen vuur.
Wastewise-faciliteit in Nokia. Bron: Wastewise.
Het vloeibare afvalplastic is geen erg homogene massa. Hoewel het pyrolyse proces bepaalde onzuiverheden uit het oorspronkelijke plastic afval verwijdert (etensresten, aarde, papier), is het nog steeds een mix van allerlei materialen of chemicaliën die vroeger aan plastic producten werden toegevoegd. In zekere zin lijkt de vloeistof op fossiele ruwe olie en het blijft niet vloeibaar tenzij het bij bepaalde temperaturen wordt bewaard. Een deel ervan is nu echter PEX-productieafval van Uponor, omdat het Wastewise-team het productieafval van Uponor kon gebruiken in hun pyrolyse-installatie.
"PEX staat op een lijst van materialen die recyclers hoofdpijn bezorgen", zegt Kaisa Suvilampi, Managing Director en Partner bij Wastewise. "In plaats van ons te richten op afval dat al recyclebaar is, is ons doel altijd geweest om moeilijk te recyclen plastic afval om te zetten in pyrolyse-olie van voldoende kwaliteit voor verdere verwerking. En dat is precies wat we hebben gedaan met het PEX-afval van Uponor."
De op pyrolyse-olie lijkende ruwe olie wordt warm gehouden en vervolgens naar de raffinaderij van Neste in Porvoo, Finland getransporteerd. Op de locatie runt Neste al meer dan 50 jaar een conventionele raffinaderij van ruwe olie, maar het bedrijf is momenteel bezig met het evalueren van manieren om de raffinaderij in Porvoo volledig om te vormen tot een productielocatie voor circulaire en hernieuwbare producten die uiteindelijk fossiele ruwe olie als grondstof voor de raffinaderij geleidelijk zou afschaffen. Een deel van de ruwe olie wordt nu al vervangen door vloeibaar gemaakt afvalplastic, zoals de pyrolyse-olie van Wastewise. Daarom wordt PEX-afval, dat wordt omgezet in pyrolyse-olie, gebruikt als input voor de raffinaderij en samen met ruwe olie verwerkt tot Neste RE, een grondstof voor nieuwe kunststoffen.
Raffinaderij van Neste in Porvoo, Finland. Bron: Neste.
"Het gebruik van vloeibaar gemaakt afvalplastic rechtstreeks in de raffinaderij werkt met kleinere volumes," zegt Heikki Färkkilä, Vice President Chemical Recycling bij Neste. "Voor grotere volumes hebben we nieuwe raffinage activiteiten nodig om de kwaliteit van de olie te verbeteren en deze geschikt te maken voor de productie van kunststoffen. De capaciteit daarvoor wordt de komende jaren opgebouwd in de raffinaderij in Porvoo. Dan kunnen we elk jaar honderdduizenden tonnen vloeibaar gemaakt afvalplastic verwerken."
In de loop van het project "PULSE" - gesteund door het Europees Innovatiefonds met 135 miljoen euro - mikt Neste op een voorbehandelings- en opwaardeercapaciteit van 400.000 ton per jaar, die geleidelijk moet worden bereikt tegen 2028. Tegen 2030 wil het bedrijf wereldwijd 1 miljoen ton plastic afval per jaar verwerken.
Terug naar de wortels van kunststof
Het resultaat van de verwerking van de pyrolyse-olie in de raffinaderij is gerecyclede grondstof van hoge kwaliteit die kan worden omgezet in nieuw plastic. Technisch gezien kan de grondstof - in feite zeer lange ketens van koolwaterstoffen - nu worden omgezet in nieuwe kunststoffen voor allerlei toepassingen. Maar omdat het doel van dit specifieke project was om de circulariteitskringloop voor PEX-plastics te sluiten, wordt de gerecyclede grondstof verder getransporteerd naar de stoomkraker van Borealis in Porvoo, Finland. De stoomkraker zet deze lange ketens om in kleinere ketens, waaronder ethyleen. Met ethyleen is de cirkel bijna rond. Wat nog moet gebeuren is het omzetten van ethyleen monomeren in polyethyleen polymeren. Dit wordt ook gedaan door Borealis in Porvoo.
Borealis-installatie in Porvoo, Finland. Bron: Borealis.
"We waren in staat om chemisch gerecycled afvalplastic van PEX-leidingen als grondstof te integreren in onze gevestigde productieprocessen," zegt John Webster, Global Commercial Director Infrastructure bij Borealis. "Omdat dit geen extra tests, goedkeuringen of validatie vereist, was het vrij eenvoudig om dit project in gang te zetten. Moeilijk te recyclen afvalplastic als input en hoogwaardige polymeren als output zijn niet langer met elkaar in tegenspraak."
Het polyethyleen gaat dan terug naar de Uponor-fabriek in Virsbo, Zweden. De vernetting van het polyethyleen vindt plaats met behulp van peroxide. Laten we het nog eens over spaghetti hebben: de peroxide zorgt er eigenlijk voor dat de spaghetti aan elkaar blijft plakken. Om het eenvoudig te houden, stel je voor dat elke sliert spaghetti handen heeft en dat we zeaan elkaar willen lijmen. Helaas zijn hun handen nog niet vrij. De peroxide verandert dat. Er komen spaghetti handen vrij, die vervolgens aan elkaar worden geplakt.
Het resultaat is PEX dat Uponor nu kan gebruiken om nieuwe PEX-leidingen te produceren. In de beginfase van de samenwerking werd gebruik gemaakt van productieafval, maar dit zou in de toekomst heel goed uitgebreid kunnen worden naar andere afvalstromen. Uiteindelijk kunnen oude PEX-leidingen die nu nog in gebouwen worden gebruikt, op soortgelijke wijze worden gerecycled.
Door hun krachten te bundelen en samen te werken hebben de vier partners de basis gelegd voor de circulariteit van polymeren die tot nu toe vastzaten in een lineaire waardeketen.
