Een introductie van geavanceerde recycling

Er is grote druk van consumenten, investeerders, milieuorganisaties en andere belanghebbenden om het groeiende probleem van de vervuiling van ons milieu door plastic (verpakkings)afval op te lossen. Deze roep om een circulaire economie groeit over de hele wereld. Bedrijven en overheden hebben de afgelopen jaren gereageerd met verschillende duurzame (verpakkings)strategieën en circulaire economische beleidsmaatregelen. Deze strategieën zijn ten eerste gericht op de recycleerbaarheid van plastic en de gerecycleerde inhoud van plastic verpakkingen.

Geavanceerde recycling, of chemische recycling, is een veelbelovende verzameling van technologieën die kunnen bijdragen aan een circulaire economie door oplossingen te bieden voor plastic afval. Voorbeelden van geavanceerd recycling zijn onder andere het kraken van plastic onder een hoge temperatuur of één type plastic uit een multilaag verpakking ontrekken. Gerecycled plastic uit mechanische recycling heeft beperkte toepassingen. Meer over mechanische recycling in een volgend hoofdstuk onder figuur 2. Door wettelijke obstakels (bijvoorbeeld afkeuringen voor voedselkwaliteit) voor mechanische recycling, kan geavanceerde recycling producenten van plastic producten een ‘virgin plastic’[1] geven en een oplossing voor de obstakels zijn. In de EU Plastics Strategy wordt bijvoorbeeld erkend dat geavanceerde recycling "een belangrijk effect kan hebben" op het bereiken van een circulaire economie (EU, 2018). In de afgelopen jaren zien we dan ook een golf van (aangekondigde) investeringen in geavanceerde recyclinginitiatieven die een oplossing kunnen bieden. Maar is geavanceerde recycling het wondermiddel voor deze maatschappelijke uitdaging?

[1] Virgin plastic is plastic met dezelfde eigenschappen van nieuw plastic gemaakt uit fossiele of hernieuwbare grondstoffen.

De wereldwijde groei van de plasticproductie is, naast een kleine dip in 2008, gestaag en consistent geweest sinds de grootschalige introductie ervan in de jaren vijftig van de vorige eeuw. In 2015 bedroeg de totale plasticproductie 381.000.000 ton (Geyer et.al. 2017). Kunststofverpakkingen gebruiken 36 procent van het geproduceerde plastic, waarvan het leeuwendeel wordt gebruikt voor het verpakken van voedingsmiddelen en dranken (zie figuur 1).

Kunststofverpakkingen zijn populair vanwege de vele voordelen - ze zijn licht van gewicht, veelzijdig, goedkoop en vormen een effectieve beschermende barrière rond voedingsmiddelen, waardoor de houdbaarheid van het voedsel wordt verlengd. Het toenemende gebruik van kunststofverpakkingen legt ook druk op ons milieu. De meeste afgedankte kunststofverpakkingen worden verbrand voor energieterugwinning, waarbij broeikasgassen vrijkomen, of worden gedumpt op stortplaatsen (Geyer et. al., 2017). Lekkage van stortplaatsen of afval dat nooit wordt opgehaald, veroorzaakt de vervuiling door plastic afval dat rivieren en oceanen bereikt en beïnvloedt het leven in de wateren (Jambeck et. al., 2015). Het is ook bekend dat het afbreekt in microscopisch kleine micro- en nanoplastics, waardoor het zijn weg terugvindt in onze voedselketen (EFSA, 2016). Regeringen voeren een circulair economisch beleid om die druk op ons milieu te verminderen, en bedrijven in de hele waardeketen van kunststofverpakkingen nemen initiatieven om deze trend te helpen inperken. Recycling van plastic is een deel van de oplossing. Het helpt de uitstoot van broeikasgassen te verminderen en vervuiling van plastic in het milieu tegen te gaan, terwijl het tegelijkertijd een bron is voor nieuwe plastic producten.

De conventionele kunststofproductie begint met fossiele brandstoffen zoals olie of gas. Door middel van raffinage, plastic productie (polymerisatie), compounderen (bijmengen van hulpstoffen) en granuleren (verkorrelen) wordt een plastic korrel geproduceerd, die vervolgens kan worden omgezet in producten zoals folies of flessen (zie figuur 2).

Na de afvalinzameling wordt plastic idealiter gerecycled. Kunststofrecycling kan worden onderverdeeld in vier categorieën (Merrington, 2017):

Primaire recycling - Mechanische recycling

Ook wel bekend als closed-loop recycling, is waar de teruggewonnen kunststof wordt gebruikt in producten die dezelfde of vergelijkbare eigenschappen hebben als het oorspronkelijke product waar het vandaan komt. Dit kan intern gebeuren, bijvoorbeeld restmateriaal van een productieproces dat wordt hergebruikt als grondstof. En extern, bijvoorbeeld recycling van PET-flessen door inzameling via statiegeldsystemen, die worden gebruikt voor de productie van nieuwe flessen. Een ander voorbeeld is Tesco’s Milk Man retoursysteem voor closed-loop recycling.

Secundaire recycling - Mechanische recycling

Verzameld en gesorteerd plastic wordt mechanisch gerecycled in toepassingen die minder veeleisende eigenschappen hebben dan de virgin kunststoffen. Het Mars Petcare-recyclingprogramma met Terracycle, waar flexibele verpakkingen worden omgebouwd tot parkbanken, is een voorbeeld van secundaire recycling.

Tertiaire recycling - Geavanceerde recycling

Verzameld plastic wordt omgezet in een proces dat grondstoffen voor de plastic productie of brandstoffen creëert. Een voorbeeld hiervan is de glycolyse van PET-drinkflessen tot grondstof voor virgin PET. De Philadelphia roomkaasverpakkingen van Mondelez International bevatten ook plastic dat is gemaakt door middel van geavanceerde recycling.

Quartaire recycling – Afvalenergie

Kunststofafval (samen met andere vormen van afval – zoals organisch afval) wordt verbrand om energie op te wekken. Wereldwijd werd tot 2015 9 procent van al het plastic afval verbrand (Geyer et. Al., 2017).

Alle kunststoffen kunnen in principe worden gerecycled met behulp van primaire, secundaire of quartaire recycling - maar de uitdaging blijft de economische en ecologische levensvatbaarheid. Quartaire recycling is vandaag de dag de dominante methode voor kunststofrecycling. Ondanks de energiedichtheid is de verbranding van plastic afval niet zonder problemen. Afvalverbrandingsinstallaties worden vaak geconfronteerd met landbeperkingen, problemen op het gebied van de economie en uitdagingen op het gebied van de uitstoot van broeikasgassen.

Mechanische recycling, ook een veelgebruikte vorm van recycling, heeft een aantal uitdagingen, vooral als het gaat om levensmiddelenverpakkingen:

Deze uitdagingen kunnen deels worden beheerst door strenge controles op binnenkomende materialen, het verwijderen van onzuiverheden (smeltfiltratie) en het waarborgen van de zuiverheid. Er is ook een groeiende trend in het gebruik van compatibalizers[2] die de eigenschappen en functionaliteit van mechanisch gerecyclede kunststof kunnen verbeteren.

Een levensmiddelenverpakking stelt hoge eisen aan de kwaliteit van de grondstoffen. Zo mag er bijvoorbeeld geen geur- of smaakoverdracht plaatsvinden van de voedselverpakking naar de verpakte producten. Gerecycleerde kunststofkorrels kunnen worden hergebruikt in voedsel- of drankverpakkingen als ze zijn goedgekeurd voor direct contact met levensmiddelen, waarvan de regelgeving van land tot land verschilt. Dit is een van de factoren die het gebruik van grotere hoeveelheden mechanisch gerecyclede kunststoffen in plastic verpakkingen voor levensmiddelen en dranken afremmen - er zijn maar weinig landen die dit toestaan.

[2] Compatibilizers helpen bij het mengen van verschillende soorten plastic die tijdens de secundaire recycling niet mengbaar zijn. Dit verhoogt de mechanische eigenschappen van het gerecyclede kunststof, waardoor de bruikbaarheid wordt vergroot.

Geavanceerde recycling, ook wel chemische recycling of tertiaire recycling genoemd, maakt gebruik van thermochemische reacties om kunststoffen af te breken tot volledig nieuwe producten zoals virgin plastic, monomeren, brandstof en andere grondstoffen. . Monomeren zijn de bouwblokken voor polymeren en worden in het plastic productieproces gebruikt om nieuwe virgin plastic te produceren. Geavanceerde recyclingtechnologieën zijn nog in een vroeg stadium van ontwikkeling en er zijn tal van belanghebbenden die de technologieën verfijnen en ontwikkelen voor commerciële doeleinden. Geavanceerde recycling zal naar verwachting een aanvulling vormen op de mechanische recyclinginfrastructuur in landen die al over een dergelijke infrastructuur beschikken. Er wordt een breed scala aan processen ontwikkeld waarmee dit kan worden gedaan. Ter vereenvoudiging hebben we deze onderverdeeld op basis van het type input (zie figuur 3).

Op basis van figuur 3 wordt geavanceerde recycling onderverdeeld in vier hoofdcategorieën van technologieën (Vollmer et. al., 2020):

Kraken

Kraakprocessen breken plastic af in een gesloten omgeving onder hoge temperaturen met weinig tot geen zuurstof. Een ander woord hiervoor is pyrolyse. Kraken is geschikt voor een input van gemengde kunststoffen. De output is een grondstof of brandstof dat teruggevoerd kan worden in het plastic productieproces (zie figuur 2). Een voorbeeld van kraken is het pyrolyseproces dat Nexus Energy in de VS uitvoert. De nieuwe kaasverpakkingen van Tesco worden ook gemaakt met behulp van de pyrolytische kraaktechnologie.

Vergassing

Vergassing lijkt op kraken en richt zich ook op een input van gemengde kunststoffen. Anders dan bij kraken, wordt er in een gesloten omgeving bij hoge temperaturen wel zuurstof en/of stoom toegevoegd. De output is een 'syngas' (synthetisch gas) die als grondstof en brandstof kan worden gebruikt. Shell, de haven van Rotterdam en andere belanghebbenden hebben samengewerkt om een geavanceerde recyclingfabriek te bouwen die gebruik maakt van vergassingstechnologieën.

Chemolyse

Chemolyse is een verzamelnaam voor geavanceerde recycling waarbij geselecteerde kunststoffen, zoals PET van drinkflessen, wordt verwerkt. De individuele kunststoffen worden chemisch behandeld en omgezet in monomeren Een bedrijf die chemolyse toepast is Ioniqa. Zij zijn in staat om (gekleurd) PET te om te zetten naar monomeren, die kunnen worden gebruikt in de productie van virgin PET korrels.

Overig

Er zijn ook andere geavanceerde recyclingtechnologieën in ontwikkeling. Een voorbeeld hiervan is enzymatische recycling, waarbij één polymeer (bijv. PET) uit een combinatie van verschillende kunststoffen wordt gehaald. Dit helpt de recycling van multilaagse voedselverpakkingen, zoals verpakkingen van houdbare sappen.

Het grote verschil tussen geavanceerde en secundaire recycling is dat de output van geavanceerde recycling nieuwe grondstoffen kan vervangen, die kunnen worden goedgekeurd voor gebruik bij de productie van nieuwe plastic voedsel- en drankverpakkingen. Een ander verschil is dat geavanceerde recyclingtechnologieën nog in opkomst zijn en dat er nog geen duidelijk winnend concept of technologie is. Er is ook nog geen bewijs dat deze technologieën op schaal economisch levensvatbaar zullen worden.

De investeringen in geavanceerde recycling nemen toe. Met bedrijven uit de olie-industrie en de voedselverpakkingsindustrie wordt een groot aantal coalities gesloten om te investeren in geavanceerde recycling. Dit, in combinatie met de ambitieuze duurzaamheidsverplichtingen die voedings- en drankbedrijven hebben aangekondigd, lijkt de belangstelling voor geavanceerde recycling te helpen versnellen. Tabel 1 toont voorbeelden van recente aankondigingen van geavanceerde recyclingpartnerschappen.

De financiële en economische levensvatbaarheid van geavanceerde recycling moet worden gewaarborgd. Er bestaat bezorgdheid over de reële negatieve milieueffecten van deze technologieën, met name bij de milieuorganisaties. Geavanceerde recycling kan bijvoorbeeld energie-intensief zijn in vergelijking met secundaire recycling (GAIA, 2020). De bijproducten van specifieke geavanceerde recyclingprocessen, zoals chemolyse, kunnen schadelijk zijn voor het milieu. Deze nadelen moeten in overweging worden genomen om geavanceerde recycling te laten gedijen.

Ondersteunende wetgeving met duidelijke definities van geavanceerde recycling zou een impuls kunnen geven aan projecten om onzekerheid op de markt te voorkomen. Een voorbeeld hiervan is de EU Plastics Strategy, waarin staat dat "Innovatieve oplossingen voor geavanceerde sortering, chemische recycling en een verbeterd polymeerontwerp een grote impact kunnen hebben". Dat betekent dat geavanceerde recycling één van de drie oplossingen is die ons kan helpen in een circulaire economie. Met de Taxonomieverordening, een nieuwe Europese wet om publieke en private investeringen te sturen naar groene economische activiteiten, worden primaire kunststoffen die door middel van geavanceerde recycling worden gemaakt, als potentieel groen beschouwd. Aan de andere kant is er in de VS geen uniforme classificatie van "geavanceerde/chemische recycling", wat een aanzienlijke belemmering voor investeringen kan zijn.

De Nederlandse overheid gaat daarentegen een stap verder en heeft een plan in gang gezet om het investeringsklimaat voor geavanceerde recycling te verbeteren. Het plan is erop gericht om in 2030 ten minste 10 procent van de grondstoffen voor de productie van kunststoffen uit geavanceerde recycling van kunststoffen te halen. Dit komt overeen met een minimum van 250 kiloton geïnstalleerde capaciteit aan geavanceerde recycling.

Is geavanceerde recycling dan het wondermiddel voor ons plastic afvalprobleem? Wij denken dat geavanceerde recycling een aanvulling kan zijn op bestaande recyclingmethoden - dus op een of andere manier kan het helpen om de wereldwijde recyclingpercentages te verhogen en de overgang naar een circulaire economie te versnellen. De kunststoffen die op basis van geavanceerde recycling worden geproduceerd, voldoen aan de hoge kwaliteitseisen voor verpakkingen die in contact komen met levensmiddelen, iets wat andere recyclingmethoden een uitdaging vinden. Dit, in combinatie met de mogelijkheid om gemengde kunststofafvalstromen te verwerken, maakt het tot een veelbelovende recyclingmethode.

Geavanceerde recycling bevindt zich nog in een te vroeg stadium van ontwikkeling om te kunnen concluderen of het de ultieme oplossing is voor het plastic verpakkingsafvalprobleem. Er zijn zorgen over de energie-efficiëntie en de toxiciteit van de bijproducten, die beide enorme gevolgen kunnen hebben voor het milieu. Het brede scala aan geavanceerde recyclingprocessen, van pyrolyse tot enzymatische recycling, maakt het een complexere vorm van recycling dan andere. Daarom is het belangrijk dat er meer onderzoek wordt gedaan om de voor- en nadelen van de verschillende processen te evalueren. Het zal enige jaren duren voordat geavanceerde recycling een significante impact heeft en het acceptatieniveau van andere vormen van recycling bereikt.

Dit is de eerste inleidende publicatie over wat er binnen geavanceerde recycling gebeurt. In een volgende publicatie zullen we inzicht geven in de investeringen, de stakeholders en de drijvende krachten achter geavanceerde recycling.

Roland Geyer et. al., (2017): Production, use, and fate of all plastics ever made

European Union, (2018): EU Plastics Strategy

Jambeck et. al., (2015): Plastic waste inputs from land into the ocean

European Food Safety Authority, (2016): Presence of microplastics and nanoplastics in food, with particular focus on seafood

Adrian Merrington, (2017): Applied Plastics Engineering Handbook – Recycling of Plastics

Ina Vollmer et. al. (2020): Beyond Mechanical Recycling: Giving New Life to Plastic Waste

Global Alliance for Incinerator Alternatives, (2020): All Talk and No Recycling: An Investigation of the U.S. “Chemical Recycling”Industry

Co-auteurs: Shreynal Satyajit, Richard Freundlich en Susan Hansen