Optimalisatie van sorteer- en wasproces post-consumer plastics

Auteur: Kasper Weigand

Een jaar geleden stond er in Kunststof & Rubber al een artikel over de nieuwe wasinstallatie bij NTCP. Maar het wassen is slechts één aspect van het onderzoek dat het centrum doet. Een paar jaar eerder al werd er een industriële afvalsorteerinstallatie voor test en onderzoek geplaatst in Heerenveen. Deze sorteerlijn is speciaal ontworpen voor het bestuderen en ontwikkelen van de sortering van huishoudelijk verpakkingsafval, met op diverse plekken in- en uitvoermogelijkheden. Hoe dat zo is gekomen? Het begon allemaal met een project in het noorden van het land. Omrin, Philips, Morssinkhof, Lankhorst en NHL Stenden Hogeschool startten een onderzoek "Closing the Loops" naar wat ervoor nodig zou zijn om PP uit huishoudelijke afvalstromen te recyclen tot zichtdelen voor stofzuigers. Een eindproduct met hoge eisen op het gebied van kleur, glans en ook veiligheid. Het waren ook nog eens ingewikkelde spuitgiet delen, met kleine hoekjes en vormpjes. De kwaliteit moest in orde zijn.

Gelukt

Na drie jaar onderzoek was het gelukt. Eén van de belangrijkste uitkomsten was dat het PP heet gewassen moest worden om de afvalgeur eruit te krijgen. Dit was voor Morssinkhof een van de aanleidingen om specifiek een heetwasinstallatie voor PP/PE te bouwen in Heerenveen. Een andere constatering was dat het drie jaar had geduurd voordat het project was afgerond. "Er was eigenlijk geen goede plek om goede proeven en onderzoek te kunnen doen op een realistische schaal, hoe je bijvoorbeeld het PP uit een afvalstroom kunt scheiden", vertelt NTCP-directeur Martine Brandsma. "Ze zijn met zakjes materiaal heel Europa doorgegaan om op allerlei deelinstallaties proefjes te doen." Zo ontstond de wens naar een specifiek centrum en werd Brandsma in 2018 gevraagd een haalbaarheidsstudie hiernaar te doen. 

Sorteren en wassen

Al snel werd duidelijk dat er vooral veel winst was te behalen op de hoeveelheid kunststof die je kunt terugwinnen uit afvalstromen. Daarnaast was de kwaliteit ervan vaak niet van voldoende niveau om ervan te maken wat je ervan zou willen maken. Twee stappen die hier veel invloed op hebben zijn het sorteren en wassen van de stromen. Omdat deze stappen ook vrij vooraan het recycleproces zitten, lag het voor de hand hierop te focussen. "We hebben dit ook getoetst in de markt en dat bleek inderdaad een goed idee." Uiteindelijk zijn ze in september 2019 begonnen met graven ter voorbereiding van de bouw van het centrum.

Martine Brandsma en Freek van Rhijn. 

Vijf maanden

En toen ging het snel. "Binnen 5 maanden hebben we dit pand gerealiseerd en stond ook de sorteerlijn er", vertelt Freek van Rhijn, technisch manager binnen het NTCP. "Zelfs voor deze markt is dat heel snel." Zeker omdat de installatie die het NTCP nodig had, geen standaard machine was zoals een afvalverwerker die gebruikt. "Wij pakken heel gecontroleerd een onderzoeksvraagstuk op met de sorteerlijn. Dat betekent dat wij op diverse plekken uitvoermogelijkheden of invoermogelijkheden nodig hebben. En een ruim bereik aan instellingen die we kunnen toepassen." Uiteindelijk heeft het Nederlandse Bollegraaf die tender gewonnen en de installatie neergezet.

Balans

Met deze sorteerinstallatie onderzoekt NTCP vanaf 2020 hoe het proces eruit moet zien om efficiënt bepaalde kunststoffen uit een afvalstroom te halen. "Moeten er misschien ontwikkelingen op het gebied van de machines komen, of moeten we de materialenstroom aanpassen? In die balans kijken wij continu, dat is het leuke van het NTCP", vindt Brandsma. De stichting is onafhankelijk en heeft geen winstoogmerk. Dat betekent dat machinebouwers, merkeigenaren of andere partijen in de markt geen belang hebben in NTCP. NTCP richt zich op het optimaliseren van de keten en waar in de keten veranderingen het meeste effect hebben. Dat kan bij een verpakking zijn, maar het kan ook zijn dat er slimmere technologie moet komen. Of zelfs dat het hele proces anders moet worden ingericht.

Eigen onderzoek

NTCP doet onderzoek voor merkeigenaren, sorteerders, recyclers, technologiebedrijven, overheden en consortia van bedrijven die de hele keten vertegenwoordigen. Daarnaast ontwikkelt het NTCP zelf ook programma’s. Brandsma: "We hebben een ontwikkelprogramma gestart naar hoe het sorteren er in de toekomst uit zou kunnen zien door gebruik te maken van kunstmatige intelligentie in combinatie met de juiste sensoren. Om zo te kijken of we nauwkeuriger bepaalde stromen kunnen uitsorteren. We hebben zelf het initiatief genomen om een technisch programma te schrijven en een consortium te bouwen. Dat doen we samen met twee universiteiten en negen merkeigenaren, die dat ook financieren. Een tweejarig programma waarvan het eerste jaar er nu op zit en we samen met de partners toewerken naar een demonstrator op industriële schaal eind van dit jaar."

Wasinstallatie

Een ander onderzoek is ontwikkeld rondom het wassen, samen met het Circular Plastics Initiative van ISPT/DPI (Institute for Sustainable Process Technology / Dutch Polymer Institute). "In samenwerking met industrieën, kennisinstituten en een universiteit die daarbij aangesloten zijn, bekijken we hier wat de verliezen en emissies in elke stap van het plastic recyclingproces zijn. We ontwikkelen methoden om dit op industriële schaal te meten, waarmee we deze verliezen en emissies kunnen kwantificeren en kunnen toewerken naar mitigerende maatregelen om deze te verminderen. Daarover is nog weinig kennis publiek beschikbaar", zegt Brandsma.

Toen de industriële sorteerinstallatie werd geplaatst is ook meteen een kleine was set-up gebouwd. "Een industriële wasmachine die wij gebruiken voor allerlei onderzoeks- en ontwikkelvraagstukken", gaat Van Rhijn verder. "De kennis die we daarbij hebben vergaard, hebben we ook gebruikt voor de bouw van onze grote waslijn." De eisen lagen in lijn met die van de sorteerlijn. "Elke processtap van het wassen afzonderlijk van elkaar goed kunnen meten en dat voor alle relevante kunststoffen die je kunt vinden in huishoudelijk afval." Geen gebruikelijke vraag voor technologieleveranciers, merkten ze. Uiteindelijk is er gekozen voor het systeem van Lindner Washtech. "Normaal gesproken heb je voor elk type polymeer een aparte recyclefabriek. Omdat wij een onderzoeksorganisatie zijn, willen we alle fabrieken kunnen nabootsen. We hebben de machines die in die verschillende type fabrieken staan in kleine modules opgebouwd, zodat we al die verschillende processen kunnen nabootsen en dus kunnen optimaliseren. Een uitdaging voor de machineleveranciers", verduidelijkt Brandsma.

Waterbehandeling

Eén van de issues bij de wasinstallaties was dat de integratie van het wasproces en de waterbehandeling veel beter kon. "Het waren echt twee verschillende werelden, met specialisten op het gebied van wassen en specialisten op het gebied van waterbehandeling", merkte Van Rhijn. Voor het NTCP was het cruciaal dat op orde te krijgen, omdat de vervuilingsgraad en behandeling van het water een enorme impact heeft op het proces, de omgeving en kosten. NTCP heeft de integratie van het wassen en de waterbehandeling in eigen hand genomen om te borgen dat de ontwikkeling op dit onderwerp volle kracht vooruit kan.  

De industriële wasinstallatie van Lindner Washtech.

 

Proceskennis

Er wordt steeds meer kunststof gerecycled en de vraag naar kwalitatief hoog regranulaat neemt toe. Dat betekent dat de processen beter afgestemd moeten worden en daar is meer proceskennis voor nodig. "Dat soort vraagstukken komen er nu ook binnen en dat is ook precies waarom we deze faciliteit hebben gebouwd. Een commerciële partij kan niet zomaar even zijn fabriek stilzetten. Dit zijn industriële installaties. Dat betekent dat de bevindingen die we doen voor klanten één-op-één vertaald kunnen worden de fabriek in. Een optimalisatie of een procesontwikkeling kan zo de fabriek in", legt Brandsma uit. "En dat kan alleen omdat wij hier ook op industriële schaal testen en ontwikkelen. Doe je dat op een kleine schaal, dan weet je niet of dat in het echt ook zo werkt."

Kwantificeren

Een andere manier waarop het NTCP direct een bijdrage levert aan het recycleproces is door een methode te ontwikkelen voor het kwantificeren van de vuillast op het te recyclen materiaal. "Daar zijn geen standaarden voor", vertelt Brandsma. Met de methode willen ze vaststellen hoeveel vervuiling er nou eigenlijk in een afvalstroom of in een baal zit. En dat kwantificeren, in cijfers uitdrukken. "Als je duidelijk hebt hoeveel vocht en vuil er in een partij plastic zit, kun je je voorbewerking daarop aanpassen. Want van vocht en vuil kun je geen plastic maken." NTCP krijgt van zowel de mechanische als de chemische recyclers vragen over de voorbewerking van het materiaal: dit zijn de afvalstromen waarmee we werken. Wat zit erin en wat is ervoor nodig om het op een dusdanige manier te bewerken dat het geschikt is voor de volgende stap, en de toepassing van het materiaal in nieuwe producten? Wat voor een investering is daarvoor nodig, welke machines heb ik nodig? En welke verliezen treden hierbij op. Voor zowel de mechanische als chemische recyclingroutes is dit relevant.

Merken

Merkeigenaren zijn dan weer geïnteresseerd in hoe ze hun verpakking zo goed mogelijk recyclebaar kunnen maken. Want de merkeigenaar heeft er belang bij om zoveel mogelijk van zijn verpakking weer gerecycled terug te krijgen om te hergebruiken. "Ze zijn een verplichting aangegaan om een bepaald percentage gerecycled materiaal in hun verpakkingen toe te voegen. Het lijk erop dat dit in de toekomst ook in wetgeving wordt vastgelegd." Er komen relatief simpele vragen binnen: hoe goed gaat deze verpakking door het sorteerproces. Maar ook ingewikkeldere: hoe goed is de verpakking überhaupt recyclebaar. Kunnen we bepaalde inkten weer verwijderen? En kunnen we het weer in dezelfde toepassing hergebruiken?", somt Brandsma op.

Recyclecheck

In Nederland heeft Kennis Instituut Duurzame Verpakkingen de Recyclecheck ontwikkeld. Hiermee geeft het handvatten aan merkeigenaren bij het ontwerpen van verpakkingen. Een stappenlijst. "Het onderzoek dat hierachter zit, dat is wat wij doen. Wij geven de input", zegt Van Rhijn. "Hiermee maken we een impact. De markt heeft er direct wat aan." NTCP heeft ook een protocol ontwikkeld waarmee de sorteerefficiëntie per processtap is vast te stellen van een specifieke verpakking. Het protocol is geadopteerd door RecyClass, een Europese organisatie die zich hard maakt voor circulaire kunststoffen.

Nog een protocol van het NTCP gaat over een standaard manier om het afdankproces van verpakkingen te simuleren. "Als wij verpakkingen krijgen om mee te testen, dat zijn die schoon, nieuw, niet gekreukt, en soms zelfs nog vol", vertelt Brandsma. "We hebben een stappenplan om het afdankproces van het materiaal te simuleren.  Van consument, via compressietruck, naar sorteerinstallatie. Zodat het materiaal op een standaard manier vervuild en gekreukt is voordat wij de trials gaan doen. En we stellen het protocol ook beschikbaar voor de markt."    

Een groot deel van het werk heeft een internationale focus. Veel merkeigenaar produceren niet voor maar één land. En de grote technologiebedrijven zitten vaak in het buitenland. "We werken eigenlijk in heel Europa en inmiddels ook daarbuiten", besluit Brandsma haar verhaal.