Chemici van ETH Zürich halveren de benodigde warmte voor het recyclen van acrylglas.

Chemici aan de ETH Zürich hebben een manier gevonden om acrylglas te recyclen bij veel lagere temperaturen dan met bestaande methoden. De universiteit maakte de resultaten op 19 oktober bekend en het team publiceerde hun artikel in Nature Chemistry. Volgens de ETH zou het proces het recyclen van het materiaal economisch haalbaar kunnen maken.

Acrylglas, verkocht onder merknamen zoals Plexiglas, wordt gebruikt in ruiten, achterlichten van auto's en meubels. Chemici noemen het polymethylmethacrylaat, of PMMA. Net als de meeste kunststoffen is het een lange keten van kleine eenheden, monomeren genaamd. Om het chemisch te recyclen, moet je die keten afbreken en de eenheden verzamelen.

Eén chemische stof en geen oplosmiddel

Het nieuwe proces maakt gebruik van één goedkoop, standaard verkrijgbaar reagens uit de groep verbindingen die N-hydroxyimiden worden genoemd. Er is helemaal geen oplosmiddel nodig. Zodra het plastic tot iets meer dan 200 °C wordt verhit, begint het zich te splitsen in zijn monomeer, dat het team kan opvangen en hergebruiken.

Eerdere methoden vereisten minstens 400 °C om dezelfde reactie op gang te brengen. De ETH-methode halveert dus ongeveer de benodigde temperatuur. In tests bereikte de opbrengst van het teruggewonnen monomeer maar liefst 98 procent.

"Wat onze nieuwe aanpak zo spannend maakt, is de eenvoud ervan", aldus Richard Whitfield, hoofdauteur van het artikel en voormalig onderzoeksmedewerker van de groep. Athina Anastasaki, materiaalkundige en hoogleraar aan de ETH Zürich, leidt de groep.

Waarom zuiverheid doorslaggevend is voor hergebruik

Zuiverheid is de belangrijkste test voor de recycling van acrylglas, net als voor elke andere gerecyclede grondstof. Pyrolyse, een veelgebruikte chemische recyclingmethode voor dit plastic, vindt meestal plaats bij temperaturen boven de 400 °C. Volgens ETH levert dit monomeer op met onzuiverheden tot wel 3 procent. Deze onzuiverheden kunnen op hun beurt de kwaliteit van nieuw plastic dat van het gerecyclede materiaal wordt gemaakt, verminderen.

Daarentegen meldt het ETH-team dat hun monomeer zeer zuiver is. Dat gold zelfs wanneer het uitgangsmateriaal kleurstoffen of andere onzuiverheden bevatte. De onderzoekers stellen dan ook dat het teruggewonnen monomeer gebruikt kan worden om nieuw acrylglas van dezelfde kwaliteit te produceren als de eerste keer.

Dat is het belangrijkste commerciële punt. Mechanisch gerecycled plastic belandt vaak in producten van lagere kwaliteit omdat het bij elke verwerkingsstap degradeert. Een proces dat schone monomeren teruggeeft, kan echter in principe steeds opnieuw voor hetzelfde product worden gebruikt.

Op zoek naar het juiste reagens

De groep van Anastasaki zocht lang naar het juiste reagens voordat ze uiteindelijk voor deze kozen. "We hebben systematisch gezocht tot we deze stof vonden," zei ze. Toch was het resultaat een verrassing voor het team. "Het enige dat ons verbaasde, was dat één enkele chemische stof echt voldoende was voor de reactie," voegde ze eraan toe.

ETH koppelt deze eenvoud aan de argumenten voor economische haalbaarheid. Het proces gebruikt één reagens en geen oplosmiddel, waardoor er minder hoeft te worden aangeschaft, verwerkt en achteraf gescheiden. Bovendien verloopt het proces bij ongeveer de helft van de temperatuur van oudere methoden.

ETH stelt ook de beperkingen. Volgens de universiteit werkt de methode alleen op acrylglas. Andere kunststoffen vereisen een eigen chemische behandeling, dus het proces is op zichzelf niet geschikt voor gemengd plastic afval.

Van het laboratorium naar de licentiehouders.

Het onderzoek vindt vooralsnog op laboratoriumschaal plaats en ETH heeft nog geen datum voor een proefinstallatie bekendgemaakt. De universiteit heeft een octrooiaanvraag ingediend en is nu op zoek naar industriële licentiehouders.

Vervolgens wil het team de methode opschalen en de reactie in detail bestuderen. Daarna willen ze additieven ontwikkelen die de afbraak versnellen en de opbrengst verhogen. De onderzoekers zijn ook van plan hetzelfde principe te testen op polystyreen, een andere veelgebruikte kunststof.

Anastasaki verwacht een drukke markt. "De concurrentie in de chemische recycling van kunststoffen is hevig", zei ze. Andere onderzoeksgroepen en bedrijven ontwikkelen ook chemische recyclingtechnologie voor kunststoffen.

Voorlopig laat het ETH-resultaat zien hoe de recycling van acrylglas eruit zou kunnen zien met minder warmte en minder grondstoffen. De volgende test is een licentienemer die bereid is om het buiten het laboratorium te brengen. Tot die tijd blijven de kosten op grote schaal onbewezen.