Snelle en betrouwbare polymeeranalyse naast de lijn

Veridis heeft een apparaat ontwikkeld waarmee recyclers al direct na het sorteren op basis van analyse van de flakes de samen­stelling van de materiaalstroom betrouwbaar kunnen vaststellen. Juist in dat stadium kunnen nog aanpassingen ­worden doorgevoerd om in de vervolg­stappen tot een efficiënter proces en ­betere productkwaliteit te komen.

De kwaliteit van gerecyclede plastics is steeds meer een factor van belang. Om kwalitatief meer hoogwaardige producten te kunnen maken leggen converters strengere specificaties op aan het ingangsmateriaal dat ze doorgaans bij compounders inkopen. Die leggen op hun beurt weer eisen op aan de sorteerders en recyclers ten aanzien van de polymeersamenstelling van de flakes, die in een volgende fase worden geëxtrudeerd en gegranuleerd.

“Probleem hierbij is dat de kwaliteitscontrole in deze keten is geconcentreerd op de fases na extrusie. Dat is het precies het stadium waar je nog maar weinig mogelijkheden hebt om de productkwaliteit en procesefficiëntie te verbeteren. Bovendien zijn de bestaande ­analysemethoden die bij de eerste stappen in het recycleproces worden ingezet niet toereikend: ze geven onvoldoende inzicht in de samenstelling van heterogeen plastic afval, en zijn omslachtig in gebruik”, vertelt Mathijs Kuil, business developer bij Veridis.

Gamechanger

De oplossing, zoals die door Veridis is bedacht, maakt volgens Mathijs korte metten met al die nadelen. “Op basis van de door ons ontwikkelde MADSCAN®-technologie zijn we momenteel in staat om de samenstelling van flakes met een nauwkeurigheid tot 99% te bepalen, waarbij we individuele polymeren vanaf 1% kunnen detecteren. Bovendien hebben we met de MADSCAN T-50 een robuust apparaat dat laagdrempelig is in gebruik. Hij kan naast de lijn worden geplaatst en door een operator worden bediend. Wat dat betreft is de T-50 echt een gamechanger.”

Monsters van 50 gram

De MADSCAN-technologie is gebaseerd op dezelfde fysische principes als bij DSC (Differentiële Scanning Calorimetrie). Een verschil met conventionele DSC is dat met de nieuw ontwikkelde technologie veel grotere monsters in één keer kunnen worden gemeten. Waar de conventionele techniek wordt toegepast bij monsters van enkele milligrammen, die nog kleiner zijn dan een korreltje granulaat, kan de T-50 met monsters van 50 gram uit de voeten. “Die 50 gram is zo’n 10.000x meer dan het sample dat met de huidige thermische analysetechnieken wordt gemeten. Zo’n groot sample is veel representatiever voor een batch dan dat ene korreltje. Daar komt nog bij dat bij klassieke thermische analysetechnieken met één enkele sensor wordt gemeten, terwijl de T-50 is uitgerust met 250 sensoren, die ieder voor zich een stukje van het monster scannen. Op die manier krijg je meer grip op de heterogeniteit van het monster en kan je veel nauwkeuriger en met meer zekerheid iets zeggen over de verschillende polymeren die zich in de batch bevinden. Omdat je hiermee ook flakes kunt analyseren, heb je al voor het extrusieproces een betrouwbaar beeld van de samenstelling”, licht sales manager Marie-José Wolters toe.

Dat onderscheid is er niet alleen ten opzichte van conventionele thermische analysetechnieken, die vooral worden ingezet bij de laatste stappen in het recyclingproces. Maar ook ten opzichte van snellere analyse­technieken, veelal optische zoals NIR, die in eerdere processtadia worden gebruikt. Deze technieken geven maar beperkt inzicht in de samenstelling van gemengd plastic afval. Om tot enigszins betrouwbare meetdata te komen moet je een spectrumbibliotheek opbouwen met honderden metingen. Bovendien worstelt NIR met donkere of zwarte kunststoffen en blijft het wat betreft meerlaagse of composietmaterialen letterlijk aan de oppervlakte. De meetmethode van Veridis kent deze beperkingen niet.

Tosti

De monsters voor de T-50, in de vorm van een ronde plak, kunnen eenvoudig door de operator worden gemaakt met behulp van een monstervoorbewerkingsapparaat, dat wel iets weg heeft van een industrieel tosti-ijzer. “Het is ook niet veel meer werk dan het maken van een tosti. Je weegt de 50 gram aan flakes af (dat kunnen ook korrels, stukjes van films, agglomeraten of compounds zijn) en brengt die in een mal, die je in het apparaat plaatst. Na sluiten van het deksel wordt onder verwarming de plak geperst. Dat gebeurt altijd op identieke wijze, zodat je monstervoorbewerking geen extra meetvariatie met zich meebrengt. Je kunt het monster eenvoudig in de T-50 laden, die na een druk op de knop de meting start, die één tot twee uur duurt. De analyse­resultaten kan je vervolgens in een portaal bekijken.”

Op de weg van apparaat naar portaal vindt op de servers van Veridis ‘in de cloud’ een rekenintensieve data-analyse plaats op basis van zelf ontwikkelde algoritmes. “Sinds de oprichting van ons bedrijf in 2020 werken we continu aan het verbeteren van die algoritmes en het dealen met steeds grotere hoeveelheden data. Waar we met het vorige generatie analyse-apparaat, de T-30, meetgegevens van 64 sensoren moesten verwerken, zijn dat er bij de T-50 maar liefst 250. Dat betaalt zich uit in een verbetering van de detectielimiet (van 5% naar 1%) en een hogere meetnauwkeurigheid (van een afwijkingsmarge van 5% naar 1%)”, aldus Marie-José.

Eerder inzicht

Met de T-50 zijn naast polyolefinen als PP en PE ook subtypes van dergelijke polymeren nauwkeurig vast te stellen. Bijvoorbeeld de verhouding tussen LDPE en LLDPE, die bepalend is voor de kwaliteit van folies. Of de verhouding in PA tussen PA6, PA66 en PA46, die verschillen in onder meer smelt- en kristallisatiepunt. “Omdat je door analyse van de flakes al over deze informatie beschikt, kan je in een vroegtijdig stadium gefundeerde uitspraken doen over bijvoorbeeld het verwerkingsgedrag van het materiaal en de mengcompatibiliteit.  Je kunt dan ook vaststellen dat de partij niet voldoet voor verdere verwerking, bijvoorbeeld omdat contaminatie met PET boven de 5% is. Als de verhouding tussen verschillende plastics niet voldoet, kan je door bijmengen met virgin materiaal wel tot de gewenste ingangsspecificaties komen. Of besluiten om het sorteerproces aan te passen. Acties die verderop in het recycleproces geen zin meer hebben”, stelt Mathijs.

Extrusie overslaan

Door het nauwkeurig bepalen van de samenstelling zijn toeleveranciers beter in staat om toe te werken naar de specificaties van de converter. “Het kan zelfs voorkomen dat de flakes al van dusdanige kwaliteit zijn, dat de tussenstap van extrusie kan worden overgeslagen. Dat heeft twee grote voordelen. Ten eerste blijven de polymeerketens meer intact, omdat ze nu niet die optater van de extrusie krijgen. Ten tweede bespaar je flink in de kosten; met die extrusiestap is al snel 300 euro per ton gemoeid. Als je die kosten kunt vermijden ben je weer wat concurrerender in de competitie met virgin plastics”, aldus Mathijs.

Ofschoon virgin plastics momenteel een stuk goed­koper zijn dan gerecyclede plastics is Veridis er van overtuigd dat het tij zal keren. “Wet- en regelgeving zoals PPWR en ELV stimuleert het hergebruik van plastics. Bovendien wordt het steeds lastiger voor Europese landen om hun plastic afval buiten Europa te slijten, zodat ze er zelf iets mee moeten. En we zien steeds meer bedrijven, van industriële tot retail, die serieus werk maken van circulariteit. Die trend zet zich onverminderd voort”, licht Marie-José toe.

Daarmee komt nog een meetuitdaging in het vizier, die ook met de MADSCAN kan worden ingevuld. Mathijs: “Net als dat bij karton en papier nu al het geval is, wordt op den duur niet alleen virgin materiaal gerecycled, maar materiaal dat al één, twee, drie, vier, vijf, misschien wel zes of zeven keer eerder is gerecycled. Bij iedere recyclestap wordt de kwaliteit van de polymeren minder: ketens degraderen, kunnen gaan cross-linken, noem maar op. Als je daarmee als recycler aan de slag gaat wil je ook inzicht hebben in die verschillende subtypes, zodat je kunt bepalen of het materiaal nog recycle-perspectief heeft en zo ja, wat je dan eventueel moet toevoegen om tot een kwaliteit te komen die voldoet aan de eisen van de compounder. Net als in de praktijk van vandaag kan je dat dan ook al vroeg in de procescyclus, bij de flakes meten.”