Recyclebaar plastic dankzij ledlicht

Hoe is plastic het makkelijkst te recyclen? Door hier bij het ontwerp van het materiaal al rekening mee te houden. Dat is de insteek van de onderzoeksgroep Polymer Performance Materials aan de TU Eindhoven.

Promovendus Ahsen Sare Yalin en haar collega’s ontwikkelen een nieuw type kunststof, dat met ledlicht uit zijn bouwstenen kan worden samengesteld, en later met ledlicht van een andere golflengte weer uit elkaar kan worden gehaald. Deze zomer publiceerden ze erover in het wetenschappelijke vakblad Advanced Materials.

Steeds meer plastic

De mondiale hoeveelheid plastic groeit exponentieel. In het jaar 2000 werd wereldwijd tweehonderd miljoen ton plastic geproduceerd, in 2020 was dit verdubbeld. Bij ongewijzigd beleid komt er in het jaar 2060 meer dan een miljard ton plastic per jaar bij, is de verwachting. En de kans dat het beleid op korte termijn verandert, is met de mislukte plastictop van de Verenigde Naties van vorige week opnieuw kleiner geworden.

Het meeste van dit plastic wordt na één keer gebruiken weggegooid, en belandt dan als afval in de verbrandingsoven of het milieu. In Europa wordt momenteel slechts 20 procent van het plastic gerecycled. Eén van de problemen daarbij is dat de kwaliteit van het materiaal door het recyclingsproces vaak achteruit gaat.

Polymeren

Plastics bestaan uit polymeerketens: een soort kralenkettingen van verschillende moleculen (monomeren). De bindingen tussen de moleculen in die polymeerketens zijn sterk. Dat is de reden dat plastic zo’n gewild product is, maar maken ook dat plastic afval zo moeilijk afbreekbaar is.

De meeste vormen van plasticrecycling bestaan momenteel nog uit het verhakselen en smelten van het materiaal om er daarna een nieuwe grondstof van te maken. Hiermee gaat de sterkte van de polymeren en dus de kwaliteit van het plastic bij elke recycle-ronde echter achteruit.

Daarom zoeken onderzoekers naar methoden om plastic na gebruik in zijn bouwstenen uiteen te halen, om daarmee nieuwe plastics van een hoge kwaliteit te maken. Dit kan met chemische recycling, door plastic onder invloed van sterke zuren uit elkaar te laten vallen. Het kan ook door de energie van licht te gebruiken, zoals de Eindhovense onderzoeksgroep laat zien.

Golflengte

‘Licht bestaat uit fotonen die energie bevatten’, vertelt Yalin. ‘Hoeveel energie dat is, hangt af van de golflengte van het licht.’ Als moleculen deze fotonen absorberen, komen ze in een zogeheten ‘aangeslagen toestand’ terecht – waarna hun elektronen zich herschikken om terug te vallen in een evenwichtstoestand. Daarbij kunnen banden tussen atomen breken of juist worden gevormd.

‘In ons systeem activeert ultraviolet licht de bouwstenen om zich aan elkaar te binden, terwijl zichtbaar licht de verbindingen verbreekt. Door de verschillende golflengten selectief in te zetten, kunnen we de polymeren dus maken of juist afbreken’, zegt Yalin. ‘En licht is een goedkope en alom aanwezige energiebron, dus waarom zou je die niet gebruiken?’

Niche

‘Het maken van polymeren door middel van licht is relatief simpel’, zegt Fabian Eisenreich, leider van de betreffende onderzoeksgroep, in een nieuwsbericht van de TU Eindhoven. ‘Ze op deze manier breken én weer opnieuw maken, dus het recyclen, is veel ingewikkelder’. De uitdaging zit in het gebruik van licht om selectief stabiele chemische bindingen binnen het polymeer te splitsen, zodat de oorspronkelijke bouwstenen kunnen worden teruggewonnen.’ Dat is nu gelukt, met een plastic dat als bouwblokken aldehyde bevat.

‘Op dit moment is ons ontwerp nog niet geschikt voor alledaagse plastic toepassingen’, zegt Eisenreich in het Eindhovense nieuwsbericht. Het is een nichemateriaal, dat bijvoorbeeld kan worden gebruikt in lijm voor glas en andere kunststoffen. Doorontwikkeling moet de toepassingsmogelijkheden verbreden.

Concurrentie

De groep van Eisenreich is niet de enige in Nederland die nieuwe plastics ontwikkelt die ontworpen zijn om te recyclen. In mei 2024 schreef De Ingenieur al eens uitgebreid over andere nieuwe recyclebaar ontworpen kunststoffen.

Maar de politieke ontwikkelingen zitten de onderzoekers niet mee. Afgelopen weekend mislukte de wereldwijde plastictop, die de productie van nieuwe kunststoffen uit olie aan banden had moeten leggen en daarmee het onderzoek en de productie van recyclebare plastics had kunnen stimuleren. Op dit moment is plastic uit olie spotgoedkoop, en valt er door recyclers niet tegenop te concurreren.