doorbraak in recycling van plastic flessen
© GettyMet behulp van een eenvoudige katalysator en lucht ontwikkelden wetenschappers van Northwestern een nieuwe methode voor het recyclen van plastic die veiliger, schoner, goedkoper en duurzamer is dan de huidige strategieën.
Wetenschappers breken plastic af met behulp van een eenvoudige, goedkope katalysator en lucht

Door vocht uit lucht te gebruiken, hebben scheikundigen van de Northwestern University een eenvoudige, nieuwe methode ontwikkeld om plastic afval af te breken.

Het niet-giftige, milieuvriendelijke, oplosmiddelvrije proces gebruikt eerst een goedkope katalysator om de bindingen in polyethyleentereftalaat (PET), het meest voorkomende plastic in de polyesterfamilie, te verbreken. Vervolgens stellen de onderzoekers de gebroken stukken bloot aan omgevingslucht. Door gebruik te maken van de sporen van vocht in de lucht, wordt het afgebroken PET omgezet in monomeren - de cruciale bouwstenen voor plastic. Van daaruit kunnen de monomeren volgens de onderzoekers worden gerecycled in nieuwe PET-producten of andere, meer waardevolle materialen.

De nieuwe techniek, die werd gepubliceerd in het tijdschrift Green Chemistry, is veiliger, schoner, goedkoper en duurzamer dan de huidige methoden voor plastic-recycling en biedt een veelbelovende route naar het realiseren van een kringloopmodel voor kunststoffen.

"De VS is de grootste vervuiler van plastic per hoofd van de bevolking en we recyclen slechts 5% van dat plastic," aldus Yosi Kratish van Northwestern, co-correspondent van het onderzoek. "Er bestaat grote behoefte aan betere technologieën die verschillende soorten plastic afval kunnen verwerken. De meeste huidige technologieën smelten plastic flessen en downcyclen ze tot producten van lagere kwaliteit. Wat bijzonder boeiend is aan ons onderzoek, is dat we vocht uit de lucht hebben gebruikt om het plastic af te breken, waardoor we een uitzonderlijk schoon en selectief proces hebben bereikt. Door de monomeren, de basisbouwstenen van PET, terug te winnen, kunnen we ze recyclen of zelfs upcyclen tot meer waardevolle materialen."

"Ons onderzoek biedt een duurzame en efficiënte oplossing voor een van 's werelds meest urgente milieuproblemen: plastic afval," stelt Naveen Malik, eerste auteur van het onderzoek. "In tegenstelling tot traditionele recyclingmethoden, die vaak schadelijke bijproducten zoals afvalzouten produceren en aanzienlijke energie- of chemische inputs vereisen, maakt onze aanpak gebruik van een oplosmiddelvrij proces dat gebaseerd is op sporenvocht uit de omgevingslucht. Dit maakt het niet alleen milieuvriendelijk, maar ook zeer geschikt voor praktische toepassingen."

Kratish is een expert op het gebied van plastic recycling en assistent-professor scheikunde aan het Weinberg College of Arts and Sciences van Northwestern. Kratish leidde het onderzoek samen met Tobin J. Marks, die de Charles E. en Emma H. Morrison-leerstoel scheikunde bekleedt aan Weinberg en een hoogleraar materiaalwetenschappen en techniek aan de McCormick School of Engineering van Northwestern. Ten tijde van het onderzoek was Malik actief als postdoc in het laboratorium van Marks; tegenwoordig is hij assistent-professor aan het SRM Instituut voor Wetenschap en Technologie in India.

Het plasticprobleem

PET-plastic, dat gewoonlijk voor voedselverpakkingen en flessen wordt gebruikt, vertegenwoordigt 12% van alle kunststoffen die wereldwijd worden gebruikt. Omdat PET niet gemakkelijk wordt afgebroken, levert het een grote bijdrage aan vervuiling met plastic. Na gebruik belandt het op stortplaatsen of wordt na verloop van tijd afgebroken tot minuscule microplastics of nanoplastics, die vaak in afvalwater en waterwegen terechtkomen.

Onderzoek naar nieuwe manieren om plastic te recyclen houdt veel gemoederen bezig. Maar de huidige methoden om plastic af te breken, vereisen zware omstandigheden, waaronder extreem hoge temperaturen, intense energie en oplosmiddelen, die giftige bijproducten genereren. De katalysatoren die bij deze reacties worden gebruikt zijn vaak ook duur (zoals platina en palladium) of giftig, waardoor nog schadelijker afval ontstaat. Vervolgens moeten onderzoekers, na het uitvoeren van de reactie, de gerecyclede materialen scheiden van de oplosmiddelen, wat een tijdrovend en energie-intensief proces kan zijn.

In eerder werk was de groep van Marks aan Northwestern de eerste die katalytische processen ontwikkelde die geen oplosmiddelen vereisen. Het team bedacht voor het nieuwe onderzoek wederom een oplosmiddelvrij proces.

"Aan het gebruik van oplosmiddelen kleven veel nadelen," zei Kratish. "Ze kunnen duur zijn en je moet ze tot hoge temperaturen verhitten. Vervolgens houd je na de reactie een soep van materialen over die je moet sorteren om de monomeren terug te krijgen. In plaats van oplosmiddelen te gebruiken, hebben we waterdamp uit de lucht gebruikt. Dat is een veel elegantere manier om plastic-recyclingproblemen aan te pakken."

Een 'elegante' oplossing

Om het nieuwe onderzoek uit te voeren, gebruikten de onderzoekers een molybdeenkatalysator en actieve koolstof - beide goedkope, in overvloed aanwezige en niet-giftige materialen. Om het proces op gang te brengen, voegden de onderzoekers PET en actieve koolstof toe aan de katalysator, waarna het mengsel werd verhit. Polyester kunststoffen zijn grote moleculen met zich herhalende eenheden, die met elkaar verbonden zijn door chemische bindingen. Na een korte periode braken de chemische bindingen in het plastic.

Vervolgens stelden de onderzoekers het materiaal bloot aan lucht. Met het kleine beetje vocht uit de lucht veranderde het materiaal in tereftaalzuur (TPA) - de zeer waardevolle voorloper van polyesters. Het enige bijproduct was acetaldehyde, een waardevolle, gemakkelijk te verwijderen industriële chemische stof.

"Lucht bevat een aanzienlijke hoeveelheid vocht, waardoor het een direct beschikbare en duurzame bron is voor chemische reacties," zei Malik. "Gemiddeld bevat de atmosfeer, zelfs in relatief droge omstandigheden, ongeveer 10.000 tot 15.000 kubieke kilometer water. Door gebruik te maken van luchtvochtigheid kunnen we oplosmiddelen in bulk elimineren, de energie-input verminderen en het gebruik van agressieve chemicaliën vermijden, waardoor het proces schoner en milieuvriendelijker wordt."

"Het werkte uitstekend," zei Kratish. "Toen we extra water toevoegden, stopte het proces omdat er te veel water was. Het luistert nauw. Maar de hoeveelheid water in de lucht bleek precies de juiste hoeveelheid te zijn."

Eindeloze voordelen

Het resulterende proces is snel en effectief. In slechts vier uur werd 94% van de mogelijke TPA teruggewonnen. De katalysator is bovendien duurzaam en recyclebaar, wat betekent dat hij keer op keer kan worden gebruikt zonder aan effectiviteit in te boeten. En de methode werkt met gemengde kunststoffen, waarbij alleen polyesters selectief worden gerecycled. Dankzij de selectieve aard van het proces is het niet nodig om de kunststoffen te sorteren voordat de katalysator wordt toegepast - een groot economisch voordeel voor de recyclingindustrie.

Toen het team het proces op echte materialen zoals plastic flessen, shirts en gemengd plastic afval uitprobeerde, bleek het net zo effectief. Het brak zelfs gekleurde kunststoffen af tot zuiver, kleurloos TPA.

In een volgende fase willen de onderzoekers het proces opschalen voor industrieel gebruik. Door het proces te optimaliseren voor grootschalige toepassingen, willen de onderzoekers ervoor zorgen dat het grote hoeveelheden plastic afval aankan.

"Onze technologie heeft de potentie om plasticvervuiling aanzienlijk te verminderen, de ecologische voetafdruk van plastic te verkleinen en bij te dragen aan een kringloopmodel waarbij materialen worden hergebruikt in plaats van weggegooid," aldus Malik. "Het is een concrete stap in de richting van een schonere, groenere toekomst en toont aan hoe innovatieve chemie wereldwijde kwesties kan aanpakken op een manier die aansluit bij de natuur."

Zie: https://news.northwestern.edu/stories/2025/03/plastic-recycling-gets-a-breath-of-fresh-air/