Nieuwe techniek zet ongesorteerd plastic afval om in schone waterstof

Wereldwijd wordt maar 9 procent van al het plastic afval gerecycled. Het grootste deel, zo'n 79 procent, verdwijnt op de vuilnisbelt. Nog eens 12 procent wordt verbrand, waarbij CO2 vrijkomt. Een belangrijke reden voor dit lage recyclingpercentage is dat plastic eerst handmatig of machinaal gesorteerd moet worden op type, wat duur en omslachtig is.

Eén reactor voor drie soorten plastic

Onderzoekers van de UCLA Samueli School of Engineering en de Zuid-Koreaanse Ewha Womans University hebben nu een methode ontwikkeld die drie veelgebruikte kunststoffen tegelijk en ongesorteerd kan verwerken tot waterstof. Het gaat om PET (bijvoorbeeld waterflessen), PE (plastic tassen) en PP (dashboards en verpakkingen). De techniek, gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences, heet alkalische thermische behandeling (ATT). Daarbij reageert natronloog onder verhitting met het plastic, waardoor waterstofgas vrijkomt met een zuiverheid van meer dan 90 procent. Dat gebeurt bij temperaturen die 300 tot 400 graden Celsius lager liggen dan bij klassieke vergassing, wat veel minder energie kost.

De methode is oorspronkelijk ontwikkeld door hoogleraar Ah-Hyung "Alissa" Park van UCLA en professor Woo-Jae Kim van Ewha Womans University, als schone manier om waterstof te maken uit biomassa zoals zeewier. Voor deze studie pasten ze het proces aan zodat het ook plastic als grondstof kan verwerken.

Weerbarstige kunststoffen een handje helpen

PET reageerde goed op de alkalische behandeling, maar PE en PP leverden aanvankelijk veel minder waterstof op. Deze plastics bestaan vrijwel uitsluitend uit stevige koolstof-waterstofbindingen en zijn chemisch inert onder alkalische omstandigheden. De onderzoekers losten dit op met een voorbehandeling: ze verhitten het plastic kort in lucht bij een gematigde temperatuur. Daardoor ontstaan zuurstofhoudende groepen op de lange polymeerketens, die de plastics reactiever maken. Na deze activeringsstap braken alle drie de kunststoffen efficiënt af.

Koolstof gevangen in steen

Het bijzondere aan het proces is wat er met de koolstof uit het plastic gebeurt. In plaats van te ontsnappen als CO2, vangt de natronloog de koolstof af en zet die om in vast natriumcarbonaat. Analyse na de reactie toonde aan dat meer dan 75 procent van de oorspronkelijke koolstof terechtkwam in stabiele carbonaten of vloeibare organische resten. Minder dan 13 procent kwam in de gasfase terecht, en de rechtstreekse uitstoot naar de atmosfeer tijdens de reactie was verwaarloosbaar. Het natriumcarbonaat kan bovendien worden omgezet in calciumcarbonaat, waarmee de koolstof permanent wordt vastgelegd in een stabiel mineraal – vergelijkbaar met koolstofmineralisatie.

Andere methoden om bij lage temperatuur waterstof uit plastic te maken, werken meestal alleen met zuurstofhoudende plastics zoals PET. Vergassing bij hoge temperatuur kan wel ongesorteerd plastic verwerken, maar stoot dan weer veel CO2 uit. Volgens de onderzoekers is dit de eerste techniek die alle drie de knelpunten tegelijk oplost: gemengd plastic, een lage temperatuur en vastgelegde koolstof. "Deze technologie kan uitgroeien tot een kerntechnologie die zowel de waterstofeconomie als de circulaire economie ondersteunt," aldus Kim. Vervolgonderzoek moet nu uitwijzen of het proces ook op commerciële schaal rendabel te maken is.