Die PMD-zak, wat doen we daar nu eigenlijk mee?
Iedereen in Vlaanderen kent ze wel, de blauwe zak. Dag in dag uit doen we gezamenlijk ons best om ons plastic-, metaal- en drankkartonafval zo goed mogelijk te sorteren. De aluminium blikjes worden dan terug omgesmolten om er nieuwe blikjes van te maken, en het karton wordt ook gerecycleerd. Maar klopt dit ook voor het plastiek dat in deze zak belandt?
Wordt het plastic uit de PMD-zak volledig gerecycleerd?
Volgens statbel.be werd in 2021 54% van het plastic dat in België werd opgehaald, gerecycleerd. Dit cijfer geeft echter een vertekend beeld. Vaak wordt ervan uitgegaan dat al het plastic dat gerecycleerd wordt, ook opnieuw wordt gebruikt om er dezelfde producten van te maken. Zo lijkt het logisch dat elk plastic zakje dat in de PMD-zak terechtkomt, uiteindelijk terug zal gerecycleerd worden tot een plastic zakje, maar niets is minder waar.
Een mogelijke oplossing voor een gesloten kringloop.
Oei, wat is recyclage dan wél?
Bijna alle recyclage van plastic gebeurt door het afval te kuisen, te sorteren en daarna te smelten. Het vloeibare plastic wordt dan gebruikt om nieuwe producten te maken [1]. Dit proces heeft echter zijn gebreken. Zo moeten de plastics die gesmolten worden zeer zuiver zijn en allemaal dezelfde kleur hebben om te vermijden dat de eigenschappen veranderen, zoals de sterkte of de kleur. Ook is plastic niet zoals metaal: je kunt het niet smelten zonder schade toe te brengen aan het materiaal. Elke keer dat een plastic wordt gesmolten, richt de hoge temperatuur schade aan, waardoor het keer op keer zwakker wordt. Plastic kan dus niet oneindig veel keer omgesmolten worden [2]. Jammer genoeg gebeurt ongeveer 95% van de plastiekrecyclage op deze manier. Het plastiek van onze PMD-zak wordt dus niet gerecycleerd, maar gedowncycled. Hierdoor kan je dus een mooi, doorzichtig plastic zakje niet omsmelten tot weer een mooi, doorzichtig plastic zakje.
Kunnen we dan ooit een gesloten kringloop krijgen?
Voor elk probleem is er natuurlijk een oplossing, en dit is waar mijn thesis dan ook over ging. Het omsmelten van plastiek is gelukkig niet de enige manier om het te recycleren. Zo kan plastiek ook chemisch gerecycleerd worden, specifiek via een pyrolyseproces. Hierbij wordt het plastiek opgewarmd in een omgeving zonder zuurstof. Het gebrek aan zuurstof zorgt ervoor dat het plastic niet kan branden, waardoor het door de temperatuur gewoon zal afbreken tot het olie vormt.
Olie, willen we daar nu niet juist vanaf?
Ja en nee. Fossiele olie is inderdaad geen hernieuwbare grondstof, waardoor we er stilaan van moeten afstappen. Ook moeten we zo snel mogelijk afstappen van brandstoffen die gebaseerd zijn op olie, aangezien deze steeds zorgen voor een aanzienlijke CO2-uitstoot.
Maar dit is nu het doel van mijn onderzoek. We zullen namelijk altijd olie nodig hebben als grondstof om producten mee te maken. Het is een belangrijke bron van vele chemicaliën waar uiteindelijk plastic, medicijnen en nog vele andere producten mee gemaakt worden. Een wereld zonder plastiek of medicijnen is nu eenmaal onvoorstelbaar geworden.
Zo zal de productie van olie uit plastic door middel van pyrolyse een groot deel van de oplossing vormen om de Europese grondstofkring te sluiten [3]. De olie die geproduceerd wordt uit plastic afval kan dan gebruikt worden om er gloednieuw plastic van te maken, en dit proces kan wél oneindig veel keren herhaald worden.
Het plastic van onze PMD-zak wordt dus niet gerecycleerd, maar gedowncycled.
Moeten we dan al het plastic afval chemisch recycleren?
Nee. Het omsmelten van plastiek is, waar mogelijk, nog steeds de efficiëntste manier om plastiek te recycleren. Als ze juist gesorteerd zijn, kunnen PET-flesjes perfect op deze manier gerecycleerd worden. Jammer genoeg is het niet mogelijk om alle soorten plastiek om te smelten en kan niet alles gesorteerd worden. Bijvoorbeeld: chipzakjes bestaan uit meerdere lagen plastiek die niet meer van elkaar gescheiden kunnen worden. Het is juist bij zulke afvalstromen dat chemische recyclage een veelbelovende oplossing kan zijn. Zo kunnen we naar een volledig circulaire levenscyclus gaan voor plastic door deze twee technologieën te combineren.
Bronnen:
[1] K. Ragaert, L. Delva, and K. Van Geem, “Mechanical and chemical recycling of solid plastic waste,” Nov. 01, 2017, Elsevier Ltd. doi: 10.1016/j.wasman.2017.07.044.
[2] M. K. Eriksen, K. Pivnenko, M. E. Olsson, and T. F. Astrup, “Contamination in plastic recycling: Influence of metals on the quality of reprocessed plastic,” Waste Management, vol. 79, pp. 595–606, Sep. 2018, doi: 10.1016/j.wasman.2018.08.007.
[3] I. S. Lase et al., “How much can chemical recycling contribute to plastic waste recycling in Europe? An assessment using material flow analysis modeling,” Resour Conserv Recycl, vol. 192, May 2023, doi: 10.1016/j.resconrec.2023.106916.
Bibliografie
[1] T. D. Nielsen, J. Hasselbalch, K. Holmberg, and J. Stripple, “Politics and the plastic crisis: A review throughout the plastic life cycle,” Jan. 01, 2020, John Wiley and Sons Ltd. doi: 10.1002/wene.360.
[2] P. G. C. Nayanathara Thathsarani Pilapitiya and A. S. Ratnayake, “The world of plastic waste: A review,” Mar. 01, 2024, Elsevier Ltd. doi: 10.1016/j.clema.2024.100220.
[3] T. R. Walker and L. Fequet, “Current trends of unsustainable plastic production and micro(nano)plastic pollution,” Mar. 01, 2023, Elsevier B.V. doi: 10.1016/j.trac.2023.116984.
[4] K. Ragaert, L. Delva, and K. Van Geem, “Mechanical and chemical recycling of solid plastic waste,” Nov. 01, 2017, Elsevier Ltd. doi: 10.1016/j.wasman.2017.07.044.
[5] M. K. Eriksen, K. Pivnenko, M. E. Olsson, and T. F. Astrup, “Contamination in plastic recycling: Influence of metals on the quality of reprocessed plastic,” Waste Management, vol. 79, pp. 595–606, Sep. 2018, doi: 10.1016/j.wasman.2018.08.007.
[6] I. S. Lase et al., “How much can chemical recycling contribute to plastic waste recycling in Europe? An assessment using material flow analysis modeling,” Resour Conserv Recycl, vol. 192, May 2023, doi: 10.1016/j.resconrec.2023.106916.
[7] Z. O. G. Schyns and M. P. Shaver, “Mechanical Recycling of Packaging Plastics: A Review,” Feb. 01, 2021, Wiley-VCH Verlag. doi: 10.1002/marc.202000415.
[8] M. K. Eriksen, J. D. Christiansen, A. E. Daugaard, and T. F. Astrup, “Closing the loop for PET, PE and PP waste from households: Influence of material properties and product design for plastic recycling,” Waste Management, vol. 96, pp. 75–85, Aug. 2019, doi: 10.1016/j.wasman.2019.07.005.
[9] M. S. Qureshi et al., “Pyrolysis of plastic waste: Opportunities and challenges,” J Anal Appl Pyrolysis, vol. 152, Nov. 2020, doi: 10.1016/j.jaap.2020.104804.
[10] F. Sasse and G. Emig, “Chemical recycling of polymer materials,” 1998, Wiley-VCH Verlag. doi: 10.1002/(SICI)1521-4125(199810)21:10<777::AID-CEAT777>3.0.CO;2-L.
[11] H. C. Genuino, M. P. Ruiz, H. J. Heeres, and S. R. A. Kersten, “Pyrolysis of mixed plastic waste (DKR-350): Effect of washing pre-treatment and fate of chlorine,” Fuel Processing Technology, vol. 233, Aug. 2022, doi: 10.1016/j.fuproc.2022.107304.
[12] R. Vinu and L. J. Broadbelt, “Unraveling reaction pathways and specifying reaction kinetics for complex systems,” 2012, Annual Reviews Inc. doi: 10.1146/annurev-chembioeng-062011-081108.
[13] T. Faravelli et al., “Gas product distribution from polyethylene pyrolysis,” 1999. [Online]. Available: www.elsevier.com/locate/jaap
[14] L. Ballice, “Classi®cation of volatile products evolved during temperature-programmed co-pyrolysis of low-density polyethylene (LDPE) with polypropylene (PP) q.” [Online]. Available: http://www.fuel
[15] K. V. Popov and V. D. Knyazev, “Initial Stages of the Pyrolysis of Polyethylene,” Journal of Physical Chemistry A, vol. 119, no. 49, pp. 11737–11760, Dec. 2015, doi: 10.1021/acs.jpca.5b07440.
[16] S. E. Levine and L. J. Broadbelt, “Detailed mechanistic modeling of high-density polyethylene pyrolysis: Low molecular weight product evolution,” Polym Degrad Stab, vol. 94, no. 5, pp. 810–822, May 2009, doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2009.01.031.
[17] M. L. Poutsma, “Reexamination of the Pyrolysis of Polyethylene: Data Needs, Free-Radical Mechanistic Considerations, and Thermochemical Kinetic Simulation of Initial Product-Forming Pathways,” Dec. 02, 2003, American Chemical Society. doi: 10.1021/ma0303768.
[18] J. A. Onwudili, N. Insura, and P. T. Williams, “Composition of products from the pyrolysis of polyethylene and polystyrene in a closed batch reactor: Effects of temperature and residence time,” J Anal Appl Pyrolysis, vol. 86, no. 2, pp. 293–303, 2009, doi: 10.1016/j.jaap.2009.07.008.
[19] H. A. Maddah, “Polypropylene as a Promising Plastic: A Review,” American Journal of Polymer Science, vol. 6, no. 1, pp. 1–11, 2016, doi: 10.5923/j.ajps.20160601.01.
[20] T. M. Kruse, H. W. Wong, and L. J. Broadbelt, “Mechanistic modeling of polymer pyrolysis: Polypropylene,” Macromolecules, vol. 36, no. 25, pp. 9594–9607, Dec. 2003, doi: 10.1021/ma030322y.
[21] K. Murata, Y. Hirano, Y. Sakata, and A. Uddin, “Basic study on a continuous flow reactor for thermal degradation of polymers,” 2002. [Online]. Available: www.elsevier.com/locate/jaap
[22] M. S. Abbas-Abadi et al., “Thermal pyrolysis of waste versus virgin polyolefin feedstocks: The role of pressure, temperature and waste composition,” Waste Management, vol. 165, pp. 108–118, Jun. 2023, doi: 10.1016/j.wasman.2023.04.029.
[23] T. M. Kruse, S. Woo, and L. J. Broadbelt, “Detailed mechanistic modeling of polymer degradation: application to polystyrene.”
[24] T. M. Kruse, O. S. Woo, H. W. Wong, S. S. Khan, and L. J. Broadbelt, “Mechanistic modeling of polymer degradation: A comprehensive study of polystyrene,” Macromolecules, vol. 35, no. 20, pp. 7830–7844, Sep. 2002, doi: 10.1021/ma020490a.
[25] T. M. Kruse, H. W. Wong, and L. J. Broadbelt, “Modeling the evolution of the full polystyrene molecular weight distribution during polystyrene pyrolysis,” Ind Eng Chem Res, vol. 42, no. 12, pp. 2722–2735, Jun. 2003, doi: 10.1021/ie020657o.
[26] S. E. Levine and L. J. Broadbelt, “Reaction pathways to dimer in polystyrene pyrolysis: A mechanistic modeling study,” Polym Degrad Stab, vol. 93, no. 5, pp. 941–951, May 2008, doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2008.01.029.
[27] P. T. Williams and E. A. Williams, “Product composition from the fast pyrolysis of polystyrene,” Environmental Technology (United Kingdom), vol. 20, no. 11, pp. 1109–1118, Nov. 1999, doi: 10.1080/09593332008616908.
[28] I. M. Maafa, “Pyrolysis of polystyrene waste: A review,” Jan. 02, 2021, MDPI AG. doi: 10.3390/polym13020225.
[29] L. Pires da Mata Costa, A. L. T. Brandão, and J. C. Pinto, “Modeling of polystyrene degradation using kinetic Monte Carlo,” J Anal Appl Pyrolysis, vol. 167, Oct. 2022, doi: 10.1016/j.jaap.2022.105683.
[30] O. Dogu et al., “Bayesian tuned kinetic Monte Carlo modeling of polystyrene pyrolysis: Unraveling the pathways to its monomer, dimers, and trimers formation,” Chemical Engineering Journal, vol. 455, Mar. 2023, doi: 10.1016/j.cej.2022.140708.
[31] O. S. Woo and L. J. Broadbelt, “Recovery of high-valued products from styrene-based polymers through coprocessing: Experiments and mechanistic modeling.”
[32] B. Alawa and S. Chakma, “Synergism and production of hydrocarbon-rich fuel from mixed-feedstock through co-pyrolysis of LDPE and PP: An assessment of fuel properties, engine performance, and gas emission,” J Anal Appl Pyrolysis, vol. 168, Nov. 2022, doi: 10.1016/j.jaap.2022.105736.
[33] X. Jing, Y. Zhao, H. Wen, and Z. Xu, “Interactions between low-density polyethylene (LDPE) and polypropylene (PP) during the mild cracking of polyolefin mixtures in a closed-batch reactor,” Energy and Fuels, vol. 27, no. 10, pp. 5841–5851, Oct. 2013, doi: 10.1021/ef401376m.
[34] R. A. Shanks, J. Li, and L. Yu, “Polypropylene-polyethylene blend morphology controlled by time-temperature-miscibility.”
[35] N. K. Ciliz, E. Ekinci, and C. E. Snape, “Pyrolysis of virgin and waste polypropylene and its mixtures with waste polyethylene and polystyrene,” Waste Management, vol. 24, no. 2, pp. 173–181, 2004, doi: 10.1016/j.wasman.2003.06.002.
[36] H. W. Wong and L. J. Broadbelt, “Tertiary resource recovery from waste polymers via pyrolysis: Neat and binary mixture reactions of polypropylene and polystyrene,” Ind Eng Chem Res, vol. 40, no. 22, pp. 4716–4723, Oct. 2001, doi: 10.1021/ie010171s.
[37] T. M. Kruse et al., “Binary mixture pyrolysis of polypropylene and polystyrene: A modeling and experimental study,” J Anal Appl Pyrolysis, vol. 73, no. 2, pp. 342–354, 2005, doi: 10.1016/j.jaap.2005.03.006.
[38] C. Capone, L. Di Landro, F. Inzoli, M. Penco, and L. Sartore, “Thermal and mechanical degradation during polymer extrusion processing,” Polym Eng Sci, vol. 47, no. 11, pp. 1813–1819, 2007, doi: 10.1002/pen.20882.
[39] J. T. Scanlon and D. E. Willis, “Calculation of Flame Ionization Detector Relative Response Factors Using the Effective Carbon Number Concept,” 1985.
[40] J. Slemr, F. Slemr, H. D’Souza, and R. Partridge, “Study of the relative response factors of various gas chromatograph-flame ionisation detector systems for measurement of C 2-C 9 hydrocarbons in air,” J Chromatogr A, vol. 1061, no. 1, pp. 75–84, Dec. 2004, doi: 10.1016/j.chroma.2004.10.037.
[41] T. Holm, “Aspects of the mechanism of the flame ionization detector,” 1999.
[42] M. K611ai, / Z Veres, and / J Balla, “Response of Flame Ionization Detectors to Different Homologous Series Key Words Gas chromatography Flame ionization detection Effective carbon-atom number Effective carbon-atom number increment,” 2001.
[43] P. Zoller, “Pressure-Volume-Temperature Relationships of Solid and Molten Polypropylene and Poly(butene-1).”
[44] F. Cappelli and G. Carnazza, “The Multi-dimensional Oil Dependency Index (MODI) for the European Union,” Resources Policy, vol. 82, May 2023, doi: 10.1016/j.resourpol.2023.103480.
