In de avonturenklassieker Back to the Future, Emmett "Doc" Brown gebruikt energie die wordt opgewekt uit afval om zijn DeLorean-tijdmachine van stroom te voorzien. Maar hoewel een tijdmachine misschien nog ver weg is, het vooruitzicht om afval als brandstof te gebruiken is niet ver van de realiteit. Kunststoffen, vooral, bevatten voornamelijk koolstof en waterstof, met een vergelijkbare energie-inhoud als conventionele brandstoffen zoals diesel.

Kunststoffen behoren tot de meest waardevolle afvalmaterialen, hoewel met de manier waarop mensen ze weggooien, je zou het waarschijnlijk niet weten. Het is mogelijk om alle kunststoffen direct om te zetten in bruikbare vormen van energie en chemicaliën voor de industrie, met behulp van een proces dat "koude plasmapyrolyse" wordt genoemd.

Pyrolyse is een methode van verhitten, die organische materialen afbreekt bij temperaturen tussen 400℃ en 650℃, in een omgeving met beperkte zuurstof. Pyrolyse wordt normaal gesproken gebruikt om energie op te wekken in de vorm van warmte, elektriciteit of brandstoffen, maar het zou nog voordeliger zijn als koud plasma in het proces werd opgenomen, om andere chemicaliën en materialen te helpen terugwinnen.

Het pleidooi voor pyrolyse met koud plasma

Koude plasmapyrolyse maakt het mogelijk om afvalplastic om te zetten in waterstof, methaan en ethyleen. Zowel waterstof als methaan kunnen als schone brandstof worden gebruikt, omdat ze slechts minimale hoeveelheden schadelijke verbindingen produceren, zoals roet, onverbrande koolwaterstoffen en kooldioxide (CO₂). En ethyleen is de basisbouwsteen van de meeste kunststoffen die tegenwoordig over de hele wereld worden gebruikt.

Zoals het staat, 40% van de plastic afvalproducten in de VS en 31% in de EU wordt gestort. Plastic afval maakt ook 10% tot 13% uit van het vast stedelijk afval. Deze verspilling heeft enorme nadelige gevolgen voor oceanen en andere ecosystemen.

Natuurlijk, plastic verbranden om energie op te wekken is normaal gesproken veel beter dan ze te verspillen. Maar bij verbranding worden geen materialen teruggewonnen voor hergebruik, en als de omstandigheden niet strak worden gecontroleerd, het kan nadelige gevolgen hebben voor het milieu, zoals luchtvervuiling.

In een circulaire economie – waar afval wordt gerecycled tot nieuwe producten, in plaats van weggegooid te worden – technologieën die afvalplastic nieuw leven inblazen, kunnen het probleem van het monteren van afvalplastic veranderen. In plaats van plastic te verspillen, koude plasma pyrolyse kan worden gebruikt om waardevolle materialen terug te winnen, die direct terug naar de industrie kunnen worden gestuurd.

Hoe afvalplastic terug te winnen

In onze recente studie hebben we de effectiviteit van pyrolyse met koud plasma getest met behulp van plastic zakken, melk- en bleekflesjes ingezameld door een plaatselijke recyclingfaciliteit in Newcastle, VK.

We ontdekten dat 55 keer meer ethyleen werd teruggewonnen uit [high density polyethyleen (HDPE)] – dat wordt gebruikt om alledaagse voorwerpen zoals plastic flessen en leidingen te produceren – met behulp van koud plasma, vergeleken met conventionele pyrolyse. Ongeveer 24% van het plastic gewicht werd rechtstreeks omgezet van HDPE in waardevolle producten.

Plasmatechnologieën zijn in het verleden gebruikt om met gevaarlijk afval om te gaan, maar het proces vindt plaats bij zeer hoge temperaturen van meer dan 3, 000°C, en vereist daarom een ​​complex en energie-intensief koelsysteem. Het proces voor pyrolyse met koud plasma dat we hebben onderzocht, werkt bij slechts 500 tot 600 door conventionele verwarming en koud plasma te combineren, waardoor het proces relatief veel minder energie kost.

Het koude plasma, die wordt gebruikt om chemische bindingen te verbreken, reacties initiëren en opwekken, wordt gegenereerd door twee elektroden gescheiden door een of twee isolerende barrières.

Koud plasma is uniek omdat het voornamelijk hete (zeer energetische) elektronen produceert - deze deeltjes zijn geweldig voor het afbreken van de chemische bindingen van kunststoffen. Elektriciteit voor de opwekking van het koude plasma kan afkomstig zijn van hernieuwbare energiebronnen, met de uit het proces afgeleide chemische producten die worden gebruikt als vorm van energieopslag:waarbij de energie in een andere vorm wordt bewaard om later te worden gebruikt.

De voordelen van het gebruik van koud plasma ten opzichte van conventionele pyrolyse is dat het proces strak kan worden gecontroleerd, waardoor het gemakkelijker wordt om de chemische bindingen in HDPE te kraken, waardoor zware koolwaterstoffen uit kunststoffen effectief worden omgezet in lichtere. Je kunt het plasma gebruiken om kunststoffen om te zetten in andere materialen; waterstof en methaan voor energie, of ethyleen en koolwaterstoffen voor polymeren of andere chemische processen.

Beste van alles, de reactietijd met koud plasma duurt seconden, wat het proces snel en mogelijk goedkoop maakt. Dus, pyrolyse met koud plasma zou een reeks zakelijke kansen kunnen bieden om van iets dat we momenteel verspillen een waardevol product te maken.

Het VK worstelt momenteel om de doelstelling van 50% recycling van huishoudens voor 2020 te halen. Maar ons onderzoek toont een mogelijke plaats aan voor kunststoffen in een circulaire economie. Met koude plasmapyrolyse, het is misschien nog mogelijk om de echte waarde van plastic afval te realiseren - en er iets schoons en nuttigs van te maken.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.