STUTTGART – Coperion levert een extrusiesysteem aan de Universiteit Gent in België voor uitgebreide onderzoeks- en ontwikkelingstaken op het gebied van chemische recycling van gemengd plastic afval. Coperion ontwierp dit laboratoriumsysteem, gebouwd op een ZSK 18 MEGAlab dubbelschroefextruder, speciaal voor chemische recycling van post-consumer afval binnen een verwerkingscapaciteit van 1-10 kg per uur. Aan de extruder staat een feeder van Coperion K-Tron en een vacuümsysteem.
Door zijn intensieve dispersie- en devolatilisatie-output is de ZSK dubbelschroefextruder van Coperion uitermate geschikt voor energie-efficiënte chemische recycling van gemengd kunststofafval. Kunststofafval, met name verpakkingsafval, is doorgaans een mengsel van materialen met een hoge mate van verontreiniging. Het recyclen van deze grondstof is meestal moeilijk, omdat het sorteren en reinigen van afval in veel gevallen economisch noch technisch haalbaar is. Chemische recycling is een kansrijk proces om deze materiaalstromen te recyclen tot chemicaliën, wassen of vloeibare energiedragers. Als voorloper in de ontwikkeling van chemische recycling van kunststofafval heeft de Universiteit Gent de basis gelegd voor tal van toekomstgerichte ontwikkelingen in het veld die de weg vrijmaken voor meer duurzaamheid in de kunststofindustrie. Chemische reactie-engineering in het algemeen en de kinetiek van chemische reacties zijn belangrijke takken van onderzoek aan het Laboratorium voor Chemische Technologie (LCT) van Universiteit Gent. Deze omvatten onder meer de optimalisatie van bestaande industriële processen en ontwikkeling, intensivering en opschaling van nieuwe technologieën gericht op het minimaliseren van afvalstromen en energieverbruik.
Efficiënte energietoevoeging
De dubbelschroefextrudertechnologie van Coperion is bijzonder geschikt voor chemische recycling van kunststoffen. Nadat afval na consumptie, versnipperd of gecomprimeerd, op betrouwbare wijze door de Coperion K-Tron feeder in het procesgedeelte van de extruder wordt gedoseerd, wordt er in korte tijd veel mechanische energie in het materiaal gebracht dankzij de continue oppervlaktevernieuwing en intensieve verspreiding en afschuiving langs de dubbele schroeven. Binnen ongeveer 30 seconden ontstaat een homogene, sterk ontvluchte smelt met een temperatuur tot 350°C, waarin de energie zeer efficiënt wordt ingebracht.
Verdere materialen, zoals katalysatoren, kunnen naar behoefte worden toegevoegd en ingemengd. In sommige gevallen wordt met het plastic afval in kleine hoeveelheden restwater of chloriden uit PVC in de extruder gebracht. Beide worden op betrouwbare wijze geëxtraheerd via vacuümdevolatilisatie in het procesgedeelte van de extruder.
Voordelen
Dubbelschroefextruders hebben tal van voordelen die vooral gunstig zijn bij chemische recycling. De technologie dekt een breed scala aan doorvoersnelheden. Op grotere ZSK-extrusiemachines kunnen met dit proces doorvoersnelheden tot 20 t/h worden gerealiseerd. Polymeren met verschillende viscositeiten worden betrouwbaar geplastificeerd dankzij de zeer effectieve werking van de dubbele schroeven. Plastic energiedissipatie vindt in een mum van tijd plaats. Indien nodig kunnen corrosie- en slijtage-beschermde schroef elementen en barrels ingezet worden om een lange levensduur van de extruder garanderen, zelfs bij het verwerken van zeer agressieve materialen.
Terugwinning van grondstoffen
In de reactor wordt de smelt, die eerder in de dubbelschroefextruder tot 350°C was verwarmd, verder verwarmd. Bij temperaturen tot 500°C vindt pyrolyse van de polymeren plaats, het splitsen van polymeerketens in kortere eenheden in een zuurstofvrije omgeving. De pyrolyse van polymeren maakt gebruik van het willekeurige splitsingsmechanisme, waarbij vrije radicalen worden gegenereerd. Tegelijkertijd worden kettingreacties op gang gebracht die leiden tot het kraken van polymeren tot een breed mengsel van koolwaterstoffen in vloeibare en gasvormige fase. De belangrijkste factoren voor het aansturen van dit proces zijn verblijftijd, temperatuur en het type pyrolysemiddel.
De meeste anorganische componenten van het post-consumer afval blijven in de reactor en worden verwijderd. De organische koolwaterstoffen van de polymeren verdampen. Ze worden omgezet in monomeren, petrochemische grondstoffen of synthesegassen en vervolgens in een destillator verder verwerkt tot verkoopbare producten zoals olie, zware brandstof of wassen.
Chemische recycling is een zeer actief onderzoeksthema aan de Universiteit Gent. Hoewel al is aangetoond dat mechanische recycling van kunststoffen een gemakkelijke methode is om kunststoffen te verwaarden, stuiten we op bepaalde beperkingen vanwege het onpraktische karakter van afvalscheiding. Met chemische recycling kunnen deze beperkingen echter worden overwonnen.
De Coperion ZSK dubbelschroefextruder zal deel uitmaken van een nieuwe opstelling voor chemische recycling aan de Universiteit Gent. Het wordt onder meer gekoppeld aan een vortexreactor; zo zal het gesmolten plastic direct in de reactor stromen. Voor de omzetting van kunststofafval naar chemicaliën kunnen verschillende technieken worden toegepast, zoals katalytische pyrolyse en thermochemische verwerking (kraken).
“We zijn er trots op de gerenommeerde Universiteit Gent met onze expertise en technologie te kunnen ondersteunen bij hun onderzoeks- en ontwikkelingsactiviteiten rond chemische recycling. Chemische recycling zien wij als een baanbrekend proces voor het terugwinnen van grondstoffen uit gemengd plastic afval. Met dit proces slagen we erin onze waardevolle hulpbronnen op lange termijn te behouden. Zodra het recyclingsysteem met de ZSK dubbelschroefextruder in gebruik is aan de Universiteit Gent, zal het ook beschikbaar zijn voor onze klanten om te testen”, zegt Jochen Schofer, Business Segment Manager voor Recycling & Direct Extrusion bij Coperion.
