SPRINT

Binnen het project SPRINT ontwikkelen we samen met CuRe Technology B.V. een geavanceerd chemisch recyclingproces voor PET. We werken aan het verbeteren en opschalen van dit proces om het op industriële schaal te kunnen toepassen. 

Binnen dit chemische recyclingproces polymeriseren we PET via oligomeren. In plaats van mechanische recycling (waarbij plastic fysiek wordt gesmolten en opnieuw gevormd), wordt het PET in dit proces chemisch afgebroken tot kleinere eenheden, de zogenaamde oligomeren. Deze oligomeren worden vervolgens opnieuw gepolymeriseerd (samengevoegd) tot gerecycled PET (rPET). Dit proces kan efficiënter zijn en hogere kwaliteit gerecycled materiaal opleveren dan mechanische recycling. Het doel is om het proces op te schalen van een proefschaal (TRL6), naar een operationele schaal (TRL7). Naast de opschaling richten we ons ook op het verbeteren van specifieke stappen in het recyclingproces en het automatiseren van bestaande processen. We streven naar meer efficiëntie en consistentie in de productie. Uiteindelijk is het de bedoeling dat we een TRL-niveau 8 gaan behalen. 

Aanleiding van het project 

In 2050 moet Nederland een circulaire economie zijn. Producten worden dan niet langer gestort of verbrand, maar alle materialen worden opnieuw gebruikt. Veel kunststoffen, zoals polyester (PET), worden nu vooral mechanisch gerecycled. Hiermee gaat de kwaliteit van het materiaal achteruit en het product is daarmee alleen voor laagwaardige toepassingen geschikt is. CuRe Technology heeft een vorm van chemische recycling ontwikkeld, waarbij PET chemisch wordt afgebroken tot kleinere brokstukken (oligomeren) die direct daarna gerepolymeriseerd wordt. Dit betekent dat het materiaal dat eerst in zijn basisonderdelen (monomeren of oligomeren) is afgebroken, opnieuw wordt samengevoegd tot polymeren.

De kwaliteit van de kunststof blijft binnen dit proces behouden en het materiaal kan gebruikt worden in hoogwaardige toepassingen, zoals in voedselverpakkingen. De technologische haalbaarheid van deze techniek is aangetoond in een pilot-opstelling die in een continue operatie 20 kg/uur polyesterafval kan verwerken. 

Welk probleem lost ons project op? 

Hoewel eerdere studies hebben laten zien dat er geen fundamentele bezwaren zijn om de techniek verder op te schalen, moet er nog een eindsprint getrokken worden om deze realisatie in detail mogelijk te maken. Naast partiële opschaling van enkele componenten van het systeem, wordt ook ingezet op automatisering, in-line proces control en het opzetten van een QMS (Quality Management System). 

Drie noordelijke kennisinstelling (Rijksuniversiteit Groningen, Hanzehogeschool en NHL Stenden) dragen bij door de eigenschappen van het oligomerenmengsel te onderzoeken en innovatieve methoden van zuivering te ontwikkelen. Dit belooft uiteindelijk de benodigde industriële kennis op te leveren (TRL3-6) om het opschalingsproces te vergemakkelijken. Dit, samen met het eerder uitgewerkte basisontwerp van de pilot opstelling, vormt de basis voor een efficiënte bouw en ingebruikname van de fabriek. 

Wie is het projectteam? 

CuRe Technology B.V. wil wereldwijd de eerste circulaire fabriek realiseren voor het produceren van rPET-specialiteiten door middel van chemische recycling waarbij de kwaliteit, flexibiliteit en duurzaamheid van het rPET van het hoogste belang is.

Vanuit de faculteit Science & Engineering van de Rijksuniversiteit Groningen is de vakgroep Green Chemical Reaction Engineering van Prof. Dr. H.J. (Erik) Heeres betrokken. Zijn vakgroep is gespecialiseerd in thermochemische biomassaconversie, milieuvriendelijke katalysatoren en chemische technologie.

Het kenniscentrum Biobased Economy van Hanzehogeschool Groningen wil bijdragen aan een biogebaseerde economie, gebruik makend van de kracht van de regio Noord-Nederland. Aan het kenniscentrum is de Zernike Advanced Processing (ZAP)-faciliteit verbonden. Dit is een innovatieve leerwerkomgeving waarin toegepast onderzoek en onderwijs wordt uitgevoerd in samenwerking met het bedrijfsleven. Het doel is human capital en innovaties te versterken.

NHL Stenden is een onderwijsinstelling voor het hoger onderwijs met campussen in Noord-Nederland en het buitenland. Vanaf de campus in Emmen en Leeuwarden wordt praktijkgericht onderzoek verricht binnen het lectoraat Circular Plastics.

Hoe pakt dit projectteam het aan? 

De activiteiten binnen dit project kunnen in drie onderdelen worden verdeeld. 

• Opschaling van het productieproces

• Verbetering van processtappen

• Automatisering van bestaande processen

Om de projectdoelstellingen op een effectieve en efficiënte wijze te kunnen realiseren, streven we naar een duidelijke projectstructuur en organisatie.

Opschaling productieproces

Voor de opschaling van het productieproces identificeren we verschillende aandachtspunten die van belang zijn. Dit houdt de opschaling van gedeeltes van de apparatuur in, maar ook het ontwerp van de afzonderlijke componenten voor de demonstratiefabriek. Momenteel is er een continue pilotinstallatie voor depolymerisatie en zuivering met een productiecapaciteit van 20 kg/uur. We willen opschalen naar een installatie die 100 keer zo groot is. De huidige installatie moet dus worden opgeschaald. Dit houdt de opschaling van gedeeltes van de apparatuur in, maar ook het ontwerp (engineering) van de afzonderlijke componenten (zoals filters en pompen) voor de demonstratiefabriek. Er moet een nieuwe extruder aangeschaft worden. Daarnaast dienen er nog andere stappen te worden genomen in het opschalingsproces. Uiteindelijk is het de bedoeling dat we een TRL-niveau 8 gaan behalen. 

Verbetering processtappen

Als tweede geldt de verbetering van processtappen. Hierbij gaan we aan de slag met de optimalisatie van enkele onderdelen van het proces. Het doel is om deze onderdelen gereed te maken voor verdere opschaling. Het gaat hier om de verschillende mates van vervuiling van de polyester aanvoerstromen. De opgebouwde ervaring met de pilotlijn van CuRe Technology laat zien dat onzuiverheden van grote invloed kunnen zijn op de resultaten van het proces. Een hoge mate van vervuiling heeft een negatieve impact op de standtijd van machines. Het mengsel wordt na depolymerisatie door een kolom met actieve kool geleidt. Gezien de kostprijs van actieve kool is regeneratie gewenst. Om dit op grote schaal toepasbaar te laten zijn moet er een opstelling ontwikkeld worden met verschillende kolommen in een carrousel.

Een post-doc onderzoeker van de RUG doet onderzoek naar het ontwikkelen en testen van alternatieve vormen van zuivering, waaronder het testen van andere vullingen dan actieve kool. Het tweede deel van dit post-doc onderzoek is gericht op het begrijpen en beheersen van de deeltjesgrootte van het mengsel na depolymerisatie (dit is een chemische ontledingsreactie waarbij een polymeer wordt afgebroken tot een monomeer of een mengsel van monomeren). Ten slotte wordt nog onderzoek gedaan naar alternatieve zuiveringen van het oligomeren mengsel. Denk aan kristallisatie. Wanneer dit succesvol blijkt, zou dit een uitweg kunnen bieden om de zuiverheid en kwaliteit te verhogen en daarbij zuivering door middel van adsorptie en filtratie te vermijden. 

Automatisering van bestaande processen 

Automatisering van bestaande processenis het derde onderdeel van dit project. In het huidige productieproces worden bepaalde handelingen handmatig uitgevoerd. Dit creëert relatief veel down-time van de plant en off-spec productie. De automatisering moet in de pilot plant getest worden om vervolgens optimaal in de grote plant gebruikt te kunnen worden. 

Met het oog op de toepassing in verpakkingsmateriaal van voedsel is een inventarisatie van (aankomende veranderingen) in wetgeving en mogelijke aanpassing daarop noodzakelijk. Daarop vooruitlopend is het wenselijk dat analyses die op dit moment nog extern worden uitgevoerd on site kunnen plaatsvinden. NHL Stenden (Agora, Leeuwarden) heeft ervaring met verschillende analyse methoden om de kwaliteit van oligomeren en polymeren te bepalen. Zij kunnen CuRe Technology adviseren op welke manier dit in een kwaliteitsmanagementsysteem te vangen is.