1.1. Inleiding
Deze omschrijving is grotendeels overgenomen uit het BBT-rapport voor de kunststofverwerkende nijverheid (Jacobs et al., 2006).
1.1.1. Soorten kunststoffen
Kunststoffen zijn materialen die gebaseerd zijn op polymeren. Een polymeer is een organische, macromoleculaire, chemische verbinding die opgebouwd is uit een aaneenschakeling van repeteereenheden, zogenaamde monomeren. Deze worden op hun beurt voor het grootste gedeelte geproduceerd uit aardolie, aardgas of steenkool.
'Kunststof' en 'polymeer' zijn geen synoniemen. Polymeren zijn de grondstoffen voor kunststoffen, maar ook voor rubbers, vezels, oppervlakte coatings, adhesieven, ionenuitwisselaars en dergelijke. Door fysische samenvoeging en/of chemische uitharding van één of meer polymeren met bepaalde vulstoffen, pigmenten, stabilisatoren en andere additieven verkrijgt men een kunststof met specifieke eigenschappen. (Ullmann, 2003).
Polymeren kunnen ingedeeld worden o.b.v. hun synthesereactie (bv. condensatie en additie/eliminatie bij polymeren), o.b.v. eigenschappen (bv. thermoplast, thermoharder, elastomeer) en o.b.v. de herkomst (natuurlijk of biologisch versus synthetisch).
Thermoplasten
Thermoplasten zijn kunststoffen die gekenmerkt worden door de fysische eigenschap dat ze bij verwarming boven een bepaalde temperatuur op reversibele wijze verwerkings- en smeltverschijnselen vertonen. De thermoplasten kunnen onderverdeeld worden in twee grote categorieën: de amorfe en de (semi)kristallijne. Amorfe thermoplasten worden gekarakteriseerd door een glasovergangstemperatuur. Vanaf deze temperatuur en erboven neemt de vormstabiliteit snel af en vertoont het polymeer vloeistofachtige eigenschappen. Amorfe thermoplasten worden meestal verwerkt boven deze glasovergangstemperatuur. Semikristallijne thermoplasten kunnen verschillende kristalliniteitsgraden hebben gaande van 50% tot 95%. Ze worden meestal verwerkt boven het smeltpunt van de kristallijne fase.
Voor de thermoplasten is de vormgeving reversibel, wat betekent dat de thermoplastische voorwerpen bij verwarming opnieuw plastisch gemaakt kunnen worden en dus in principe opnieuw verwerkt kunnen worden. Bij koelen nemen ze in een nieuwe vorm aan. Dit is mogelijk indien de thermoplasten onvervuild en onderling van elkaar gescheiden (naar soort kunststof, soort kleur, soort additieven, enz.) ingezameld worden.
De meest gebruikte thermoplasten zijn:
- PE: polyetheen (LDPE lage densiteit PE, HDPE hoge densiteit PE)
- PP: polypropyleen
- PS: polystyreen
- PVC: polyvinylchloride
- PET: polyethyleentereftalaat
- ABS acrylonitril-butadieen-styreen
- PA: polyamide
- PC polycarbonaat
Het grootste deel van de verwerkte kunststoffen zijn thermoplasten. De grondstoffen voor thermoplasten worden meestal in korrelvorm (granulaten, pellets) of in poedervorm aangeleverd. Aan de grondstof is in de meeste gevallen door de producent reeds een aantal hulpstoffen/additieven toegevoegd. Ook gekleurde thermoplasten zijn beschikbaar, maar om praktische en economische redenen wordt de voorkeur gegeven aan het toevoegen van kleurconcentraten aan een ongekleurde kunststof. Dit zijn masterbatchen die de kleur van het product bepalen.
Thermoharders
Thermoharders zijn, in tegenstelling tot de thermoplasten, niet reversibel. De oorzaak hiervan ligt bij het feit dat de polymeerketens vernet zijn. De vormgeving die ze aanvankelijk meegekregen hebben, is niet omkeerbaar. Hierdoor zijn de recyclagemogelijkheden van de thermoharders beperkter.
Voorbeelden:
- UP: polyester
- EP: epoxyharsen
- PF: Fenolformaldehyde
- MF: Melamineformaldehyde
- PU(R): Thermohardende Polyurethaan
Elastomeren
Elastomeren of synthetische rubbers worden net als natuurrubber (NR of latex) gekenmerkt door een hoge elasticiteit. Het zijn in feite vernette macromoleculen waarvan de netwerkstruktuur zodanig grote mazen vertoont, dat ze nog gemakkelijk uitgerokken kunnen worden, maar zodra de vervormingsactie stopgezet wordt, bekomen ze weer hun originele vorm.
Voorbeelden:
- IR: Isopreenrubber
- SBR: styreenbutadieenrubber
- BR: butadieenrubber
- CR: Chloropreenrubber (Neopreen)
- IIR: isobuteenisopropeenrubber (butylrubber)
Synthetische kunststoffen
Dit zijn in algemene zin alle chemische verbindingen die door niet-natuurlijke scheikundige processen worden gemaakt.
De grondstoffen die dienen om synthetische kunststoffen te vervaardigen, komen uit de petrochemie. Verbindingen uit koolwaterstoffen (verkregen onder de vorm van ruwe aardolie, aardgas…) worden onder invloed van warmte omgezet in monomeren (styreen, ethyleen, propyleen…). Deze monomeren worden op hun beurt door chemische procedés omgezet in polymeren. Elk polymeer heeft een eigen moleculaire structuur met dan ook specifieke eigenschappen en kenmerken.
Biologische of natuurlijke kunststoffen
Dit zijn kunststoffen die gemaakt zijn van hernieuwbare grondstoffen zoals zetmeel, glucose, plantaardige oliën en cellulose. Hernieuwbare grondstoffen worden uit verschillende landbouwproducten gehaald en omgevormd tot polysachariden. Het kunststof is gevoelig voor vocht maar wordt veel gebruikt als verpakkingsmateriaal. Doorlaatbaarheid voor zuurstof is zeer laag. Door verschillende hoeveelheden flexibiliserende stoffen en biologisch afbreekbare weekmakers zoals toe te voegen veranderen de eigenschappen (Bolck, 2006). Eiwitten als natuurlijke polymeren (‘biopolymeren’) kunnen zowel als thermoplast, thermoharder als elastomeer voorkomen. Let op, deze kunststoffen zijn niet per definitie biologisch afbreekbaar.
Biologisch afbreekbare kunststoffen
Dit zijn kunststoffen die zowel gemaakt kunnen zijn van hernieuwbare grondstoffen als van fossiele grondstoffen. Biologisch afbreekbare kunststoffen kunnen wel biologisch afgebroken worden door middel van micro-organismen of ze kunnen gecomposteerd worden (Vissers & van Oorschot, 2011).
1.2. Verwerkingsmogelijkheden
Onder kunststofrecyclage wordt hier elke terugwinningsoperatie begrepen waarin polymere afvalstoffen opnieuw worden bewerkt tot producten, materialen of stoffen voor hun oorspronkelijke of andere doeleinden. De term 'materiaalrecyclage' wordt in de Europese Richtlijn 2008/98/EG gebruikt om de recyclage van verschillende materialen (metalen, papier, glas, plastics…) te onderscheiden van niet-recyclageactiviteiten, zoals energie(terug)winning en storten.
1.2.1 mechanische recyclage
Principe
Mechanische recyclage heeft betrekking op activiteiten voor terugwinning van kunststoffen uit kunststofafval met behulp van mechanische processen (vermalen, wassen, scheiden, drogen, regranuleren en mengen) (EuPR, 2012).
Mechanische recyclage is een technologie die het mogelijk maakt om afval van homogene, thermoplastische kunststoffen tot kwaliteitsvol recyclaat te verwerken. Dit recyclaat kan onder de vorm van maalgoed, poeder of granulaat aangewend worden als secundaire grondstof voor nieuwe producten, die anders met primaire grondstof vervaardigd zouden worden. Mechanische recyclage staat tegenover de grondstofrecyclage (of chemische recyclage), waarbij de polymeren chemisch worden afgebroken tot componenten met een kortere ketenlengte.
Toepassingsmogelijkheden
In sommige sectoren, zoals deze van distributie/verpakking en productie van PVC-bouwmaterialen, wordt er veel gerecycleerd omwille van de goede kunststofafvalkwaliteit en de mogelijkheid om de homogene afvalstroom te reinigen. De grote hoeveelheden zuiver en droog kunststofafval leiden tot grote hoeveelheden recyclage. Ook kunststof verpakkingen -vooral flessen- worden in toenemende mate gerecycleerd.
Mechanische recycling kan enkel voor de thermoplastische kunststoffen. Thermoplastische kunststoffen (thermoplasten) zijn polymeren die kunnen worden hersmolten en opnieuw verwerkt tot producten via technieken zoals spuitgieten of extrusie (EuPR, 2012). Dit is mogelijk indien de thermoplasten onvervuild en onderling van elkaar gescheiden (naar soort kunststof, soort kleur, soort additieven, enz.) ingezameld worden (Jacobs et al., 2006). Thermoharders kunnen niet op deze manier worden verwerkt. Voor thermoharders komen chemische recyclage en energierecuperatie via verbranding (bv. in cementoven) in aanmerking (zie ‘grondstofrecyclage’).
Thermoplasten zijn een aantal verschillende polymeren met verschillende fysische en mechanische eigenschappen. Een belangrijke hindernis voor mechanische recycling is dat de verschillende polymeren in het algemeen niet meng- of verenigbaar met elkaar zijn. Dit betekent dat een mengsel van verschillende polymeren inferieure mechanische eigenschappen kan hebben wat de toepassingsmogelijkheden van de recyclaten niet ten goede komt. Bijgevolg is de mechanische recyclage van kunststofafval algemeen gezien enkel mogelijk voor homogene, enkelvoudige polymeerketenstromen of gedefinieerde mengsels van polymeren die effectief kunnen worden gescheiden in de afzonderlijke soorten polymeren.
De meeste mechanische recyclagebedrijven ontvangen hun inputmateriaal via inzamel- en sorteerorganisaties. De marktwaarde van de recyclaten en de kosten van het recyclageproces, en niet de doorgaans lagere kosten van het verzamelen en sorteren, bepalen de waarde van het te verwerken inputmateriaal. Hoewel gerecycleerde polymeren het gebruik van nieuwe polymeren in bestaande toepassingen (deels) kunnen vervangen, is de marktwaarde van de gerecycleerde polymeren direct gekoppeld aan prijzen van nieuwe (virgin) polymeren. Producenten zijn voorlopig eerder bereid om voor gerecycleerde kunststoffen een lagere prijs dan de overeenkomstige virgin prijs te betalen als gevolg van de aanname dat de kwaliteit van gerecycleerde materialen lager is dan die van nieuwe grondstoffen. De EuPR (2012) merkt op dat het marketingwaarde van gerecycleerde materialen voorlopig nog niet sterk genoeg is om het voormelde prijsverschil tussen nieuwe en gerecycleerde materialen te overbruggen.
1.2.2 Chemische recyclage
Principe
Bij grondstofrecyclage of chemische recyclage worden de polymeren afgebroken tot kleinere moleculen. Het afbreken van polymeren tot monomeren, heet depolymerisatie. Mogelijke depolymerisatietechnieken zijn glycolyse, hydrolyse en methanolyse (VTCR, 2023). De monomeren kunnen vervolgens opnieuw gebruikt worden om nieuwe polymeren te maken (polymerisatie).
Pyrolyse, hydrogenering en vergassing zijn processen waarbij de polymeren worden ontbonden in de basischemicaliën. Van deze basischemicaliën kunnen nieuwe monomeren gemaakt worden. Chemische recyclage kan een breder scala aan kunststoffen verwerken.
Pyrolyse
Het plastic afval wordt in een vacuüm verhit (van 400 tot 800 °C). De kunststof verbrandt niet, maar ontbindt in een mengsel van teer, cokes, gasvormige en vloeibare koolwaterstoffen, die daarna in de raffinaderijen gebruikt kunnen worden voor de productie van nieuwe koolwaterstoffen. Pyrolyse is voor vrijwel alle soorten kunststoffen geschikt, zelfs indien het onzuiverheden bevat.
Hydrogenering
Het kuntstofafval wordt verhit met waterstofgas. Dit proces kraakt de moleculen tot vloeibare en gasvormige koolwaterstoffen (Goodship, 2007). De techniek bestaat erin om chemische verbindingen te breken door toevoeging van waterstof aan de kunststof bij een temperatuur van 300°C - 500°C en onder hoge waterdruk. Hiermee bekomt men teer, gas en een vloeistoffractie.
Vergassen
Het plastic afval wordt verhit in lucht zodat een gasmengsel van koolstofmonoxide en waterstof ontstaat. Dit gasmengsel kan gebruikt worden voor nieuwe grondstoffen zoals methanol.
2.1. Mechanische recyclage
Deze omschrijving is grotendeels overgenomen uit het BBT-rapport voor de kunststofverwerkende nijverheid (Jacobs et al., 2006), p.156.
2.1.1. Water
Indien het kunststofafval gereinigd wordt, wordt er afvalwater geproduceerd.
2.1.2. Bodem
In het verleden zijn er in bepaalde kunststoftoepassingen een aantal gevaarlijke stoffen gebruikt. Cadmium werd bv. gebruikt als stabilisator in PVC en als pigment in andere kunststoffen. In de PVC-isolatie van kabels werden PCB’s teruggevonden. Deze toepassing zou echter beperkt zijn gebleven tot Oost-Duitsland. Materiaalrecyclage van deze fracties zou aanleiding kunnen geven tot uitloging. Dit kan vermeden worden door een juiste keuze van de acceptatiecriteria.
2.1.3. Lucht
Bij het vermalen treden stofemissies op die beperkt moeten worden. De vormgeving van recyclaten geeft enkel aanleiding tot beperkte luchtemissies, door ongewenste thermische afbraak van polymeerketens. Deze is vergelijkbaar met de verwerking van nieuwe granulaten. Bij de verwerking van gemengd PVC-houdend kunststofafval kan tijdens de vormgeving gasvormig HCl ontstaan. De hoeveelheid is afhankelijk van de verwerkingstemperatuur en het PVC-aandeel.
2.1.4. Afval
Bij het sorteren heeft men telkens ook een restafvalstroom.
2.1.5. Energie
Om het kunststofafval te vermalen is energie nodig. De vormgeving van recyclaten vergt verhitting tot de plastische toestand. Het energieverbruik bij verwerking van maalgoed of nieuwe granulaten is volledig gelijkwaardig.
Gegevens over de kostprijs van de verwerking met de voormelde technieken zijn niet publiek beschikbaar en worden best opgevraagd bij de aanbieder van de verwerkingstechnologie.
In de lijst van kunststofafvalverwerkende bedrijven (regeneratiebedrijven) van de OVAM zijn 48 bedrijven opgenomen. Volgens het Uitvoeringsplan Kunststoffen 2020-2025 (OVAM, 2020) richten de meeste Vlaamse kunststofrecyclagebedrijven zich op zuivere kunststofafvalstromen (bv. pre-consumer) en maken gebruik van mechanische recyclagetechnologieën. Slechts vijf à tien bedrijven verwerkt post-consumer kunststofafval. Een bedrijf in de Antwerpse haven zal als eerste in Vlaanderen starten met de depolymerisatie van polyolefinen en polystyreen .
- Bolck, C. (2006). Bioplastics. Groene Grondstoffen. Agrotechnology & Food Sciences Group, Wageningen. https://www.biobasedeconomy.nl/groene-grondstoffen/groene-grondstoffenreeks/groene-grondstoffenreeks/
- EuPR (2012). How to boost plastics recycling and increase resource efficiency? Plastics Recyclers Europe. https://www.plasticsrecyclers.eu/wp-content/uploads/2022/10/PRE-Strategy-Paper-2012_digital.pdf
- Fostplus (2021). Plastic verpakkingen. Retrieved July 8, 2024, from https://www.fostplus.be/nl/recycleren/plastic-verpakkingen
- Goodship, V. (2007). Plastic Recycling. Science Progress. https://doi.org/10.3184/003685007X228748
- Jacobs, A., Hooyberghs, E., Meynaerts, E. & Vrancken, K. (2006). Beste Beschikbare Technieken (BBT) voor kunststofverwerkende nijverheid.
- OVAM (2020). Uitvoeringsplan kunststoffen 2020-2025. https://publicaties.vlaanderen.be/view-file/34560
- Van Hoof, V. & Geerken, T. (2012). Bioplastics: Definities, normen, toepassingsmogelijkheden, milieu-impact. Studie uitgevoerd in opdracht van PODDO: 2012/TEM/R/4. https://gidsvoorduurzameaankopen.be/sites/default/files/file/Etude%20Bioplastics_VITO_012012_NL.pdf
- VTCR (2023). Whitepaper chemische recycling. Versnellingstafel Chemische Recycling van Kunststoffen. https://www.mkb.nl/sites/default/files/whitepaper_vtcr_nl_27_juni_2023.pdf