Duizend toeren per minuut. Met een waaier waarvan de bladen evenwijdig aan de as staan. Dat is - ongeveer - de optimale manier om katalysatorpoeder en gasvormig waterstof door een kunststofsmelt te mengen, zo stelt de TU Zürich na onderzoek. De exacte data zijn openbaar beschikbaar.

Chemische recycling levert hoogwaardige producten op en aan de ontwikkeling ervan wordt intensief onderzoek gedaan. Het doel op lange termijn is om polymeren (plastic moleculen met lange keten) chemisch af te breken tot hun bouwstenen (monomeren). Daarvan kunnen vervolgens nieuwe, hoogwaardige kunststoffen worden gemaakt.

De eerste stap is het afbreken van de lange polymeerketens in moleculen met kortere ketens die bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt als vloeibare brandstof of smeermiddelen. Hierdoor krijgt het plastic afval een tweede leven als benzine, kerosine of motorolie. Wetenschappers van ETH Zürich hebben nu fundamenten ontwikkeld voor de ontwikkeling van dit proces. Deze stellen de hele wetenschappelijke gemeenschap in staat om gericht recycling te ontwikkelen.

De onderzoekers in de groep onder leiding van Javier Pérez-Ramírez, hoogleraar katalysetechniek, onderzochten de splitsing van polyethyleen en polypropyleen met waterstof. Hier wordt het plastic eerst gesmolten in een stalen tank. De gasvormige waterstof wordt vervolgens in de kunststofsmelt geleid. Poedervormige katalysatoren worden toegevoegd, bijvoorbeeld met het metaal ruthenium. Een geschikte katalysator verhoogt de efficiëntie van de chemische reactie en kan zorgen voor de vorming van moleculen met een bepaalde ketenlengte en zo min mogelijk bijproducten, zoals methaan of propaan.

Snelheid en geometrie zijn cruciaal

"De plastic smelt is duizend keer stroperiger dan honing. Het gaat erom hoe je het in de tank roert, zodat het katalysatorpoeder en de waterstof echt overal terechtkomen", zegt wetenschapper Antonio José Martín. In experimenten en computersimulaties toonde het onderzoeksteam aan dat de plastic massa het beste kan worden geroerd met een waaier waarvan de bladen evenwijdig aan de as staan. Vergeleken met een propeller met schuine schoepen of een turbinevormige waaier resulteert dit in een gelijkmatigere menging en minder stromingsturbulenties. Ook de roersnelheid is erg belangrijk. Het mag niet te langzaam of te snel zijn. Het ideale toerental ligt dicht bij de 1000 toeren per minuut.

De onderzoekers zijn erin geslaagd het hele proces van chemische recycling met al zijn parameters in een wiskundige formule te beschrijven. "Het is de droom van elke chemisch ingenieur om zo'n formule voor zijn proces bij de hand te hebben", zegt Pérez-Ramírez. Alle wetenschappers in het onderzoeksveld kunnen nu nauwkeurig de invloed van de roerdergeometrie en de snelheid berekenen.

In toekomstige experimenten kunnen ze specifiek verschillende katalysatoren vergelijken; de invloed van het mengen op het proces is dan al onder controle. Daarnaast zijn de ontwikkelde fundamenten belangrijk om de technologie in de toekomst op te schalen van laboratoriumschaal naar grote recyclingfabrieken.

Klik hier voor het onderzoek

en hier voor de onderliggende data