Over tien jaar ziet de recycling van plastics en elektronica er onherkenbaar uit, voorspelt Peter Rem, hoogleraar Resources & Recycling. Een afvalverwerkingsbedrijf is dan niet langer een enorm sorteerterreinen met grote scheidingsinstallaties, maar een distributiecentrum van waaruit we herwonnen grondstoffen kunnen verspreiden om ze opnieuw tot hoogwaardige producten te verwerken. 

Je staat er niet bij stil, maar een yoghurtbekertje is eigenlijk een heel hoogwaardig product. “Het moet heel dunwandig zijn, want het mag niets wegen,” vertelt professor Peter Rem. “Vervolgens mag het geen gassen of UV-licht doorlaten, want daardoor bederft de yoghurt. Als je alle eisen aan die verpakking in aanmerking neemt, krijg je een heel geavanceerd product, dat bovendien voor yoghurt wezenlijk anders is dan voor vlees, en voor vlees weer anders dan voor bronwater of voor bier.” Per jaar gebruiken we in Nederland per persoon voor ongeveer veertig euro aan zulke plastic verpakkingsmaterialen. Maar ondanks grote inspanningen van consumenten en afvalverwerkers om dat allemaal te recyclen, blijft er van dat bedrag maar zo’n een à twee euro aan herwonnen grondstoffen over.

Hoe zit dat? Peter Rem legt uit: “We kunnen de naar schatting 250 verschillende verpakkingsplastics nu alleen nog maar in vier of vijf hoofdklassen van polymeren scheiden, zoals polyetheen en polypropeen. Die kun je dan eigenlijk uitsluitend gebruiken voor laagwaardige toepassingen en daar zijn er niet zoveel van.” Ofwel, je kunt een yoghurtbekertje misschien nog wel recyclen tot een kleerhanger of een metselemmer, maar niet meer tot een voedselverpakking.  En naarmate meer Europese landen beginnen met het recyclen van plastic, daalt de marktwaarde van herwonnen plastic verder. Idealiter zouden we het dan ook willen scheiden in vijftig tot honderd verschillende grondstoffen. 

Monsterinstallaties van honderden machines

Dat gaat echter niet zomaar: “Voor het scheiden van verpakkingsplastic in vier soorten plastic heb je al twintig machines nodig. Sorteren op vijftig soorten plastic zou een monsterinstallatie opleveren met honderden machines. Dat is praktisch niet haalbaar.” Toch is volledige recycling een droom van de voedsel- en drankenindustrie. Dat heeft sterk te maken met de manier waarop de consument naar al dat plastic kijkt. “De meeste mensen hebben er gemengde gevoelens over. We waarderen wel dat we veel meer op de kwaliteit van voedingsmiddelen aankunnen door die verpakking, maar je blijft toch ook met iets groots, leegs en vies zitten. Als de consument weet dat verpakkingen goed gerecycled worden, hebben ze er geen probleem meer mee.” 

Die droom zou de komende jaren wel eens kunnen uitkomen. In een Perspectiefprogramma van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) werken universiteiten en industrie onder leiding van Rem samen aan een betaalbare en energiezuinige technologie voor het terugwinnen van waardevolle stoffen uit afval. De basis daarvoor is Magnetic Density Separation (MDS), het scheiden van afval naar soortelijke massa via een drijf-zinkmethode. Hiervoor wordt afval –  zoals afgedankte elektronica en plastic verpakkingen – klein versnipperd en vervolgens in een bad met een ferro-magnetische vloeistof gebracht. Met speciaal ontworpen magneten kan die vloeistof zwaarder of lichter worden gemaakt, zodat de snippers op verschillende hoogtes gaan drijven, al naar gelang hun dichtheid.

Gepatenteerde scheidingstechnologie

MDS is niet nieuw. De gepatenteerde technologie werd zo’n tien jaar geleden bedacht en ontwikkeld door Rem en zijn collega’s.  De Urban Mining Corp (UMC), met TU Delft als een van de aandeelhouders, brengt de techniek nu naar de markt. Inmiddels staat in Biddinghuizen een installatie waarmee bijna twintigduizend ton plastic per jaar, maar liefst een zesde van de het Nederlandse aanbod, in één processtap verwerkt kan worden. Een flinke stap vooruit, maar het kan nog veel beter. “Die machine hebben we als recyclingonderzoekers nog gebaseerd op de traditionele natuurkunde,” zegt Rem. “Nu helpen vier andere universiteiten ons door het beste van hun fysica en technologie in het proces te brengen.”

Neem om te beginnen de stroming binnen de vloeistof: “Momenteel wordt de turbulentie in de stroming met een roostertje gedempt, eigenlijk een hele simpele oplossing. De TU Eindhoven wil er voor zorgen dat die stroming heel sterk laminair is,” aldus Rem. Zo heb je betere controle over de drijvende deeltjes. Ook de nieuwste supergeleidende magneten kunnen het proces verfijnen. “De TU Twente gaat supergeleidende magneten maken waarmee we het afval niet in vijf, maar in wel tien of vijftien stromen kunnen verdelen.” De Universiteit Utrecht heeft dan weer veel expertise in het maken van nanovloeistoffen, zoals de ferromagnetische vloeistof waarmee op dichtheid gescheiden wordt: “Zij kunnen die vloeistof echt op maat maken met precies die eigenschappen die we in het proces nodig hebben.” Zulke vloeistoffen kunnen echter onder hoge veldsterktes instabiel worden. “Bij de Radboud Universiteit Nijmegen hebben ze in hun hogeveldsterktelab magneten staan van elke veldsterkte die we op aarde kunnen maken. Daar kunnen we die vloeistoffen eerst testen.”

Tweede stap: sorteren op kleur

Behalve verbeteringen aan het MDS-proces wordt er nog een tweede technologie ontwikkeld in het programma: met behulp van sensoren kunnen de snippers afval straks verder worden gescheiden op basis van kleur. “De kleur die ooit aan plastic is toegevoegd, krijg je er niet meer uit. Je kunt van rood of groen geen wit meer maken,” zegt Rem. Eigenlijk net als met glas recyclen dus. Maar er is meer. “Door op kleur te sorteren, sorteer je gelijk op andere eigenschappen. Wasmiddel komt bijvoorbeeld altijd in een witte flacon, zodat je in de winkel in een oogopslag ziet waar je moet zijn. Die wasmiddelflacons hebben echter ook toevoegingen die het geschikt maken voor het vervoer van wasmiddel. Dus heb je op polyethyleen gesorteerd en pak je vervolgens de witte ‘flakes’ eruit, dan pak je hoogstwaarschijnlijk die voor wasmiddel. Op basis van wat zo’n sensor ziet willen we dan precies de juiste snipper plastic van de band af kunnen pakken.”

Daar zitten nog wat haken en ogen aan. “Als je 20.000 ton per jaar wilt sorteren, moet je 10.000 snippers per seconde op verschillende kleuren kunnen sorteren.” Sorteren op kleur gebeurt momenteel ook al, maar lang niet zo effectief. “Nu hangt er een camera boven de lopende band en aan het eind van de band staan luchtkanonnetjes. Op basis van de informatie van de camera blazen die blazen dan ongeveer 85 procent van de witte ‘flakes’ tussen de rest uit.  Je hebt dan nog maar één onderscheid gemaakt, tussen wit en niet-wit. En echt wit wordt het sowieso nooit meer want met de sensorscheiders die nu op de markt zijn zitten er altijd wat gekleurde flakes tussen het wit.” Rem’s doel is om de stroom plasticsnippers uiteindelijk perfect in vijf verschillende kleuren te kunnen scheiden. “Als de camera gezien heeft waar welke kleuren liggen, kun je een bepaalde kleur bevochtigen zodat de snippers een beetje kleverig worden en die dan van de band afpakken. Daarvoor moet je er wel 10.000 per seconde kunnen oppakken. Wij hebben al aangetoond dat dat mogelijk is dat te doen zonder de overige snippers aan te raken.”

Daarvoor heb je dan ook nog een sproeisysteem nodig dat een half miljard druppels per seconde kan produceren, waarbij er van elke druppel apart wordt beslist of die mag vallen of wordt afgebogen. “Zo’n sproeier hebben we nu in ontwikkeling. Hij is nog maar een 1/25e van de uiteindelijke schaal, maar er komen wel al 100.000 druppels per seconde uit elk gaatje. Het is in feite gewoon een veredelde tuinsproeier”, vindt Rem. Of eigenlijk lijkt het geheel nog het meest op een printersysteem. “Sommige printers bouwen een beeld op uit kleine druppeltjes en dat zijn ook vaak hele grote hoeveelheden informatie. Om een half miljard beslissingen per seconde te kunnen nemen, moet je een half miljard bits naar de sproeier of de printerkop sturen. Hoe exotisch dat ook klinkt, het ligt geheel binnen de technische mogelijkheden.”

Ook voor recycling elektronica

Wat met plasticdeeltjes kan, werkt bijvoorbeeld ook voor elektronica. “Dat is een soortgelijk complex probleem van honderden materialen die op een kleine schaal zijn samengevoegd in een hele lastige combinatie.” Dat opent nieuwe perspectieven, bijvoorbeeld voor het recyclen van indium of andere schaarse grondstoffen. “In touchscreens zit indium-tin-oxide, een heel bijzonder materiaal, want het is transparant en je kunt er ook een elektrische stroom door geleiden. Indium is schaars, maar om het te kunnen recyclen moet je eerst het glas van het indium kunnen onderscheiden.” Kleur helpt niet bij het differentiëren tussen twee doorzichtige materialen, maar met infraroodsensoren kunnen we wel het specifieke reflectiespectrum van materialen herkennen. Vervolgens hoef je de verschillende deeltjes alleen nog maar gescheiden van de lopende band te plukken. Geen probleem, volgens Rem: “Als je het nat kunt maken, kun je het recyclen.”

Rem heeft al met al een duidelijk beeld van hoe de recycler van de toekomst te werk gaat: “Je begint met het scheiden in tien dichtheidsklassen. Die sla je vervolgens op in tien silo’s en dan ga je per silo met je sensorsysteeem verder scheiden. Dan krijg je een heel nauwkeurige scheiding met maar twee machines: de MDS en de sensormachine. Straks heb je een opslagterrein met slimme logistiek in plaats van een ingewikkeld sorteringsterrein.” Het programma moet leiden tot een werkend prototype dat in de industrie gebruikt kan worden. Dat betekent niet dat de samenleving er meteen wat van gaat merken. “De technologie kan een doorbraak betekenen, maar dat leidt er niet automatisch toe dat het goedkomt. De maatschappij  moet het ook echt zo inrichten. Daarom ben ik zo blij dat in dit project al die industrieën met elkaar willen samenwerken.”

Bedrijven aan boord

Want behalve vijf universiteiten werken er ook verschillende bedrijven mee, die samen een miljoen onderzoeksgeld inbrengen, bovenop de twee miljoen van NWO-domein Technische en Toegepaste Wetenschappen. Dat zijn bijvoorbeeld bedrijven die zich bezighouden met supergeleidende materialen. “Dat zijn nu nog nichetoepassingen. Zij hopen dat supergeleiding een technologie van alledag wordt en dit is een mogelijkheid daarvoor,” zegt Rem. De voedsel- en drankindustrie is via de Nederlandse Federatie Levensmiddelenindustrie (NFLI) aangesloten. “Dat is een heel belangrijke partij. Zij gaan uiteindelijk de plastics hergebruiken voor hun verpakkingen en moeten ons dus vertellen wat daar belangrijk voor is.” Dan zijn de grote afvalverwerkers bij het project betrokken, evenals natuurlijk Urban Mining Corp. “Er zijn een heleboel industrieën die met deze technologie een stap naar de toekomst willen maken.”

Gepubliceerd: januari 2018