ENERGIEZUINIGE RECYCLING VAN GEKLEURDE POLYESTER

CURE TECHNOLOGY MAAKT POLYESTERKETEN ROND

De meeste polyesterproducten belanden uiteindelijk op de afvalberg vanwege verkleurd of verontreinigd; in totaal zo'n 64 miljard kilo afval op jaarbasis, wereldwijd. Dankzij Cumapol Recycling polyester rejuvenation of kortweg CuRe wordt het mogelijk elk willekeurig type gebruikt polyester te ontkleuren en reinigen, om daar vervolgens pellets van te maken met dezelfde eigenschappen als nieuw polyester. Dankzij deze circulaire polyesterketen kan de industrie straks beschikken over een nagenoeg onuitputtelijke bron van grondstoffen.

Wouter Oude Groothuis - 20 maart 2020

Een polyester is een polymeer dat bestaat uit een keten van esterbindingen. Polyesters ont­staan door een polycondensatiereactie van dicarbonzuur en een diol of door een polycondensatiereactie van een groot aantal moleculen met zowel een carbonzuur als een alcoholgroep. De aanwezige diolen of dicarbonzuren ‒ bijvoorbeeld barnsteenzuur, adipinezuur of juist diethyleenglycol, propaan- of butaandiol ‒ bepalen daarbij de variatie. De aldus verkregen kunststof wordt onder meer gebruikt voor kleding, tapijten en verpakkingsmateriaal waaronder flessen.

AMBITIE

Aangezien polyester een van de meest gebruikte plastics is, is het des te problematischer dat 91 procent daarvan niet wordt gerecycleerd. De zogeheten CuRe polyester rejuvenation technology (hierna CuRe-technologie) wil daarin verandering brengen door elk type gebruikt polyester (gekleurd, gemengd en/of verontreinigd) te verwerken tot transparante pellets. Doelstellingen daarbij zijn onder meer het recycleren van polyester en het 100% ver­jongen van reeds gebruikt polyester.

CuRe is een initiatief van Cumapol, DSM-Niaga, DuFor en Morssinkhof ‒ samen goed voor tientallen jaren ervaring in het ontwikkelen, produceren en recyclen van polyester voor de kunststofverwerkende industrie (zie kader) ‒ daarbij ondersteund door NHL Sten­den Hogeschool en Windesheim. De Funding partners zijn het Samenwerkingsverband Noord-Nederland (SNN), de provincie Drenthe en het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling (EFRO).

Marco Brons, Technical Director van Cumapol, vertelt over het ont­staan van het initiatief: “Bij de aankoop van onze huidige fabriek, in 2012, is de gedach­te aan een nieuwe recyclingtechniek bij me gaan leven. Tijdens het aanpassen van deze fabriek voor mechanische recycling bleek een deel van de procesapparatuur ook bijzonder geschikt voor chemische recycling. Toen al ben ik begonnen met het uitwerken van de plannen en het zoeken naar samenwerkingspartners om deze te realiseren.”

 

STAPSGEWIJS

CuRe staat dus voor energiezuinige recycling van gemengde polyesterstromen. Het procedé is geschikt voor elk type gebruikt polyester, verwijdert elke kleur en elke vervuiling, resulterend in heldere pellets met dezelfde eigenschappen als nieuw polyester. Het proces is ontwikkeld door Cumapols eigen R&D-afdeling in samenwerking met DuFor Polyester Specialties in Zevenaar, NHL Stenden in Emmen en Leeuwarden en Windesheim in Zwolle, en verloopt stapsgewijs.

De eerste stap bestaat uit het sorteren, wassen en het klaarmaken van het aangeleverde afval voor het proces. Door depolymerisatie ‒ toevoeging van glycol onder specifieke procesomstandigheden ‒ wordt de moleculaire structuur van het aanwezige polyester geopend en kunnen additieven en onzuiverheden aansluitend worden verwijderd. Dit proces, in feite het toevoegen van een van de monomeren van pet, is te beschouwen als een gespecialiseerde vorm van glycolyse die maakt dat het evenwicht naar links verschuift, waardoor de molecuulketens korter worden. Wat dit proces betreft, houdt Brons zich op de vlakte. “De details kan ik i.v.m. de patent­situatie niet delen. Wel kan ik zeggen dat we in de pilot plant via een continu proces de depolymerisatie met glycol heel exact kunnen sturen naar de juiste viscositeit.”

 

 

REPOLYMERISATIE

Brons vervolgt: “Het is de bedoeling elke processtroom te verwaarden en in dat verband wordt onderzoek gedaan naar vaste, vloeibare, polymere en vluchtige onzuiverheden. Voor elk daarvan zullen weer andere technologieën nodig zijn, variërend van extractie, absorptie en destillatie tot filtratie of kristallisatie.”

Wanneer depolymerisatie volgens plan verloopt, ontstaan oligomeren, chemische verbindingen die uit een klein aantal monomeren bestaan, de bouwstenen van oligomeren en polymeren. Het materiaal behoudt in dat geval zijn eigenschappen en de hoeveelheid bijproducten is minimaal. Die ontstaan wel bij onder meer een teveel aan water of de aanwezigheid van contaminanten die de depolymerisatie negatief beïnvloeden, bijvoorbeeld vlamvertragers.

Aangezien de CuRe-technologie gericht is op het maken van het uiteindelijke polyester­product, dus niet alleen op het maken van grondstoffen, is afkoelen niet nodig. Evenmin is het transporteren van monomeren naar een polymerisatie-installatie aan de orde. Na depolymerisatie blijft de hoge temperatuur van het materiaal gehandhaafd, wat ertoe bijdraagt dat de repolymerisatie snel en energie-efficiënt verloopt.

 

 

LOKALE KRINGLOPEN

Bij de proeffabriek van Cumapol in Emmen zal er sprake zijn van productie op live schaal, waarvoor vier specifieke soorten productstromen in aanmerking komen: trays, gekleurde flessen, polyester tapijt en polyester textiel.

Brons legt de keuze voor die vier afvalstromen uit: “Door polyester zo lokaal en energiezuinig mogelijk te recycleren, willen we de lokale kringlopen schaalbaar maken: het polyester-afval dient binnen een straal van ongeveer 200 kilometer van onze installatie afkomstig te zijn.

Het benodigde volume om de fabriek ‘te voeden’ moet gegarandeerd zijn en dankzij deze vier stromen is dat het geval.”

Bijzonder is dat dit er reeds in dit stadium sprake is van een continu proces ‒ de capaciteit in de proeffase bedraagt 20 kg/uur ‒ en niet, zoals gebruikelijk in een pilotfase, van batchbewerking. Dit levert niet aleen tijdwinst op, maar vermindert ook de energiebehoefte en verhoogt de productiviteit en de algemene materiaalstabiliteit. In de proeffabriek worden machineopstellingen getest, geëvalueerd en aangepast.

Echte afvalstromen met verschillende soorten relevante polyesterproducten, afkomstig van verschillende gebruikers, worden getest. De testresultaten worden gebruikt om de technologie te leren beheersen en waar nodig aan te passen.

VERTAALSLAG

De CuRe-methode bevindt zich naar Brons’ mening technisch gezien tussen mechanisch en chemisch recycleren in (zie kader). Ook is het proces te beschouwen als een modulaire add-on voor andere technologieën: de testfase is bedoeld om per type polyesterafval de juiste procesparameters te vinden. De basis is dezelfde, maar de afstelling verder in het proces zal per afvaltype verschillen. Elk afvaltype vergt dan weer andere technologieën. Dit maakt het mogelijk per afvaltype de beste route te kiezen, een aanpak die zowel nieuw als onderscheidend is. Dankzij de CuRe-technologie kan niet alleen elk type polyester uitgangsmateriaal worden gebruikt, ook kunnen tijdens het recyclingproces biobased monomeren in de polymeerketen worden opgenomen, waardoor het eindproduct nog duurzamer wordt.

De pilotinstallatie zal de technische en financiële haalbaarheid en de duurzaamheid van de nieuwe technologie moeten bewijzen; het daadwerkelijke testen begint in januari 2020. De grootste uitdaging zal bestaan uit het maken van de vertaalslag van de testresultaten naar een continu proces in de pilot plant. Die omschakeling is lastig door de hoge investeringskosten, maar door de samenwerking met DSM-Niaga en Morssinkhof is een en ander financieel haalbaar geworden.

RPET

De knowhow die bij het testen en valideren van CuRe-technologie wordt opgedaan, zal worden gebruikt om de bestaande 25 kta-polymerisatielijn op de Emmtec-site in Emmen te optimaliseren. In de huidige fabriek worden dagelijks 1 miljoen versnipperende petflessen mechanisch gerecycleerd tot nieuw polyester; eind 2019 zal dit aantal dankzij een nieuwe productielijn worden verdubbeld. “Over twee jaar willen we ook een CuRe-productielijn bouwen, goed voor de verwerking van 25 kiloton per jaar. Om de wereldwijde afvalberg van polyester te adresseren, zijn er meer dan 2.000 van zulke plants van 25 kiloton/jaar nodig, die logischerwijs in de buurt van grote steden en afvalsorteerbedrijven moeten komen te staan.” De pilotfase zal de vereisten duidelijk maken nodig voor het opschalen tot uiteindelijk 25 kton en vormt de basis voor de overgang van een industriële naar een restauratieve vorm van productie. We hopen eind 2020 te kunnen starten met de engineering van de CuRe-productielijn en dan volgt er een go/no-go. Bij een ‘go’ hebben we ongeveer een jaar nodig om te bouwen en op te star­ten. Door de nieuwe EU-directives is er op basis van de marktvraag een groot capaciteitstekort voor rPET; de markt is ‘short’, minimaal voor de komende 5 à 10 jaar, dus dat biedt perspectieven.”