Sinds het begin van de jaren vijftig, mensen hebben meer dan 8,3 miljard ton plastic geproduceerd - het gewicht van ongeveer een miljard olifanten. Ongeveer 60% van dat plastic is op een stortplaats of in de natuur terechtgekomen, volgens het VN-milieuprogramma, maar dat patroon kan veranderen naarmate de reparatie- en recyclingtechnologie sneller wordt.

"Wereldwijd, de uitdaging (voor een circulaire economie) blijft om innovatieve processen op te zetten voor het recyclen van plastic afval, " zei Costas Charitidis, een professor aan de Nationale Technische Universiteit van Athene, Griekenland.

Het materiaal, gewonnen uit fossiele brandstoffen, is een essentieel onderdeel van het moderne leven - wordt overal in gebruikt, van voedselverpakkingen tot componenten in computers - maar een gebrek aan recycling en juiste verwijdering heeft de productie aangetast, gebruik en verbruik. Als onderdeel van haar strategie voor plastic in de circulaire economie, de Europese Unie heeft zich gecommitteerd aan het verminderen van plastic afval en heeft de export van ongesorteerd plastic afval naar het buitenland verboden.

Maar om plastic afval te verminderen, overheden en bedrijven zullen nieuwe technologieën nodig hebben om de nogal complexe taak van het recyclen of repareren van verschillende soorten plastic aan te kunnen.

In grote lijnen, kunststoffen zijn synthetische en semi-synthetische materialen bestaande uit polymeren, die lange ketens van zich herhalende moleculen zijn, en er zijn duizenden verschillende soorten plastic. Elk van deze typen heeft verschillende samenstellingen en kenmerken - en er is niet één methode om ze te recyclen of opnieuw te gebruiken.

"Hoewel bepaalde veelgebruikte kunststoffen op grote schaal worden gerecycled, kunststoffen met meer gespecialiseerde toepassingen zijn dat vaak niet, " zei prof. Charitidis, die wetenschappelijk coördinator is van een project genaamd Repair3D, die tot doel heeft innovatieve toepassingen te vinden voor gerecycleerde thermoplasten en koolstofvezels die zijn gevaloriseerd uit met koolstofvezel versterkte polymeren (CFRP's).

In de eerste fase van het project, onderzoekers identificeerden verschillende afvalstromen van plastic en CPRF's van industrieën zoals de auto-industrie en de harde verpakkingsindustrie. Vanaf daar, ze werkten eraan om deze materialen te recyclen tot pellets of filamenten, zodat ze via additieve fabricage tot andere producten konden worden verwerkt.

3d printen

Additieve productie, ook wel 3D-printen genoemd, is een technologie die 3D-objecten bouwt door laag op laag materiaal toe te voegen, meestal kunststof. De blauwdruk voor het onderdeel bevindt zich in een computerbestand dat kan worden gedeeld of geüpload. Meer en meer, fabrikanten wenden zich tot deze productiemethode omdat het hen in staat stelt om snel en soms op afstand complexe en aangepaste objecten te maken.

'3D-printen vormt de kern van Repair3D, ", zegt prof. Charitidis. De volgende stap in het project is om de gerecyclede kunststoffen te doordrenken met koolstofvezels en verschillende nanodeeltjes om ze extra functionaliteiten te geven.

Het project werkt samen met verschillende grote industriële partners in, bijvoorbeeld, de automobiel- en sportsector, tot 3D-printitems variërend van auto-onderdelen tot skischoenen, evenals draagbare elektronica.

Door verschillende nanodeeltjes toe te voegen, het is mogelijk om geprinte objecten self-sensing te maken, zelfreparatie- en recyclingopties, zegt dr. Tanja Kosanovic Milickovic, een chemicus aan de Nationale Technische Universiteit van Athene die deel uitmaakt van het project. Om zelfherstellende kunststoffen te maken, bijvoorbeeld, onderzoekers voegen magnetische nanodeeltjes toe die, bij blootstelling aan een magnetisch veld, kan plaatselijk warmte creëren, smelten en opnieuw binden van de gebroken polymeren.

Echter, naast het gebruik van gerecycled plastic om nieuwe producten te maken, de resulterende goederen moeten zelf recyclebaar zijn, zegt dr. Milickovic. "Er is een balans tussen de eigenschappen van de producten en recycling."

Tegen het einde van het project, het team streeft naar producten die meerdere keren kunnen worden gerecycled en hergebruikt voordat ze uiteindelijk worden gedemonteerd en hun nanodeeltjes worden verwijderd.

Echter, recycling is slechts een deel van het antwoord op het verminderen van afval, zegt Jon García Armendáriz, business developer bij het Spaanse bedrijf Plastic Repair System (PRS). PRS richt zich op het repareren van kunststof producten, zoals pallets en dozen, in plaats van ze naar stortplaatsen of voor recycling te laten gaan.

Het bedrijf werd oorspronkelijk opgericht in 2011 om gemeentelijke containers voor vast afval te repareren, maar al snel werd duidelijk dat er veel andere toepassingen waren voor hun technologie.

Elk jaar ongeveer 400 000 ton meermalig transportplastic, dat is het harde plastic dat wordt gebruikt in pallets of plastic dozen, is beschadigd. "Historisch, mensen hebben oude spullen weggegooid en nieuwe gekocht, ’ zei Armendáriz.

Om het plastic te repareren, PRS-technici bereiden het kapotte deel van het object voor, nieuw plastic inspuiten, en vorm het gerepareerde gedeelte opnieuw.

Deze optie is aanzienlijk goedkoper dan het kopen van een nieuw product en groener dan het recyclen van het hele object, zegt Armendáriz.

Hun huidige proces is hard werken, Hoewel, omdat elk item op maat wordt gerepareerd. "Dit is een van de problemen die we hebben:we werken handmatig, " zei hij. "We hebben mensen nodig omdat elke pallet die kapot is anders is, geen twee zijn precies hetzelfde."

Het team werkt momenteel aan de automatisering van het proces voor eurocontainers of KLT-boxen. Deze alomtegenwoordige industriële stapelbakken werden oorspronkelijk gebruikt door de Duitse auto-industrie, maar verspreidde zich al snel naar andere industrieën zoals scheepvaart en productie. Door deze automatisering kan PRS snel meer dozen repareren. Momenteel, het repareert ongeveer 10, 000 plastic artikelen per maand, zegt Armendáriz, en het bedrijf schat dat zijn werk heeft bijgedragen aan het voorkomen van 7, 114 ton CO ₂ uitstoot in 2019.

Het hoofdkantoor is gevestigd in Spanje, het bedrijf heeft drie werkplaatsen in eigen land en één in Mexico. Het heeft ook 13 andere werkplaatsen in samenwerking met gebruikers van grote pallets, in de buurt van hun pand, transportkosten te verlagen. Door de uitbreidingsplannen zal PRS zich tegen 2030 naar de rest van Europa verspreiden.

Er zal steeds meer vraag zijn naar reparatie en recycling van plastic, aangezien bedrijven en lokale overheden werken om hun activiteiten in overeenstemming te brengen met de nieuwe regelgeving van de Europese Unie - zowel om plastic afval aan banden te leggen als om het binnen de grenzen van het blok te houden.

En daar is verder onderzoek naar nieuwe methoden en technologieën cruciaal. "Tegenwoordig is recycling (van CFRP's) erg duur, "Zei Prof. Charitidis van Repair3D. "Dus we hebben een enorme uitdaging om recycling kosteneffectiever te maken."