Van schoon plastic afval – denk aan PET – zijn prima nieuwe producten te maken. Hoe anders is dat met het plastic dat bijvoorbeeld huishoudens inzamelen. Je kunt zeven en scheiden tot je een ons weegt, een schone stroom krijg je nooit. Dus gaat dit mixed plastic de grens over of de verbrandingsoven in. Maar het kan ook anders! Chemisch recyclen, zoals BioBTX dat doet. Zij halen uit plastic afval de bouwstoffen voor nieuwe kunststof. BULK nam een kijkje in de pilotfabriek.
De hoeveelheid plastic afval die wereldwijd wordt geproduceerd, groeit razendsnel. Werd in 2023 naar schatting ruim 350 miljoen ton plastic afval geproduceerd, wanneer de huidige trend doorzet is die plastic afvalberg in 2060 maar liefst drie keer zo groot… Terug naar vandaag. Dan zien we dat slechts een klein deel van alle plastic afval wordt gerecycled. Mechanische recycling speelt hierbij een belangrijke rol, al kent deze techniek wel beperkingen. Zo moet er voor een succesvol hergebruik sprake zijn van een schone, gescheiden plasticstroom. Mechanische recycling is sowieso geen optie voor gemengde of vervuilde afvalstromen. Het gevolg laat zich raden: het overgrote deel van huishoudelijk ingezameld plastic afval eindigt in een verbrandingsoven of op een stortplaats.
Onhoudbare situatie
Niels Schenk, hoofd R&D bij BioBTX in Groningen, ziet in de groeiende berg mixed plastic waste een enorme bedreiging maar ook een grote uitdaging. “Het huidige systeem is onhoudbaar”, stelt hij resoluut. “Met het alsmaar nieuw plastic produceren verspillen we enorme hoeveelheden koolstof.”
Hij pakt er een tabel bij waaruit blijkt dat in 2020 al 450 miljoen ton koolstof werd geproduceerd, voor 85 procent afkomstig van olie en gas. “In 2050 zal dat 1 miljard ton zijn door de snelgroeiende vraag naar bijvoorbeeld plastic, rubber, nylon, farmaceutische middelen, cosmetica, isolatie en polyester. 2050 is ook het jaar dat we in Nederland volledig circulair willen zijn, dat we voor de volle 100 procent draaien op hernieuwbare grondstoffen.” De tabel laat zien hoe dat zou moeten: 55 procent van de koolstof wordt gehaald uit hergebruik van koolstofhoudende producten. Daarnaast wordt naar verwachting 25 procent van de benodigde koolstof uit CO2 gehaald en 20 procent uit biomassa. Het wordt met het oog op de toekomst dus essentieel om plastic niet meer te verbranden (waardoor koolstof verandert in CO2), maar de koolstof uit het plastic terug te winnen en opnieuw te gebruiken.
De duurzame missie van BioBTX
De duurzame reis van BioBTX begon in 2010. Niels Schenk was werkzaam bij adviesbureau Ecoras dat werkte voor chemische bedrijven in Delfzijl. “In onze wereld werd veel gepraat over verduurzamen van de chemie, maar er gebeurde niets. Daarop vroegen wij ons af: kunnen we zelf niet iets doen om de industrie te vergroenen? We besloten hiermee aan de slag te gaan, maar wel onder voorwaarden: het moest niet al te ingewikkeld zijn, er moest geld mee te verdienen zijn en bij succes moesten we kunnen opschalen.” Schenk en de zijnen kwamen al snel tot de conclusie dat de sleutel lag bij de belangrijkste bouwstenen die de chemische industrie gebruikt: benzeen, tolueen en xyleen. “Die werden gewonnen uit olie en gas. Wanneer je duurzaam, circulair wilt worden moet je daar vanaf. Toen zijn we gaan kijken naar de mogelijkheden van katalytische pyrolyse.” In 2012 werd BioBTX opgericht. Na vijf jaar onderzoeken in het laboratorium werd in 2017 gestart met de bouw van de pilotinstallatie die op kleine schaal benzeen, tolueen en xyleen uit houtsnippers, bermgras en inmiddels ook uit afvalplastic kon winnen. Nu zet BioBTX de volgende stap: een echte fabriek in Delfzijl. Voor de bouw daarvan werd een bedrag van 80 miljoen euro opgehaald bij verschillende investeerders. De fabriek krijgt uiteindelijk een capaciteit van 50 kiloton per jaar en moet in 2026 operationeel zijn.
Geen fossiele brandstoffen meer
De kern van het probleem ligt in de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen voor de productie van nieuwe kunststoffen. BioBTX biedt volgens Niels Schenk een alternatief dat aansluit op de principes van een circulaire economie. “We hebben een systeem of beter gezegd installatie ontwikkeld waarmee je mixed plastic waste maar ook biomassa kunt omzetten in drie van de veelgebruikte bouwstenen voor kunststoffen; de aromatische koolwaterstoffen benzeen, tolueen en xyleen, afgekort BTX. We kunnen dus nieuwe kunststoffen produceren zonder nieuwe fossiele koolstof in de vorm van BTX aan de kringloop toe te voegen.”
Het BioBTX-systeem is een tweetraps proces dat zich in alle geheimzinnigheid in een complex ogende pilotinstallatie afspeelt. De proefopstelling staat in één van de gebouwen van de Hanzehogeschool Groningen en bestaat grofweg uit een invoer, twee geïsoleerde tanks, een heleboel slangen, pijpen, kranen, meters en displays en enkele vloeistofdrums. De installatie wordt gevoed met gemalen plastic afval dat door een afvalverwerker in Big Bags wordt aangeleverd. Wat het proces onderscheidend maakt van andere chemische recycling-initiatieven is dat het weinig kieskeurig is. Gemengde afvalstromen zijn geen probleem: Multilayer verpakkingen, chipszakken, laminaat al dan niet met organische verontreinigingen – afval dat normaal gesproken niet recyclebaar is – kunnen nu worden ingezet als grondstof en worden probleemloos ‘gegeten’ door het systeem. Ook kan de installatie met biomassa zoals houtsnippers uit de voeten.
Spoedcursus chemie
Dit artikel is licht chemisch geladen. Daarom hieronder een korte uitleg van de stoffen, begrippen en technieken die de revue passeren:
- Een molecuul is de kleinste eenheid van een chemische verbinding die nog de eigenschappen van die verbinding heeft. Water (symbool H2O) bijvoorbeeld is een molecuul dat bestaat uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom.
- Koolstof is een scheikundig element (symbool C) en een van de belangrijkste bouwstenen van al het leven op aarde. Het komt voor in materialen zoals plastic, hout, steenkool en olie. Wanneer koolstof wordt verbrand, wordt het koolstofdioxide, CO2.
- BTX is de verzamelnaam voor de drie aromatische koolwaterstoffen benzeen, tolueen en xyleen. Dit zijn belangrijke chemische bouwstenen die worden gebruikt voor de productie van kunststoffen, oplosmiddelen, kunstvezels en andere industriële producten.
- Pyrolyse dit is een thermochemisch proces waarbij organisch materiaal wordt verhit in een zuurstofarme omgeving. Door de afwezigheid van zuurstof vindt er geen verbranding plaats, maar vallen de molecuulketens uiteen in kleinere componenten. Dit proces levert gassen, pyrolyse-olie en een vaste reststof (biochar) op.
- Katalytische conversie is een chemisch proces waarbij een katalysator wordt gebruikt om een chemische reactie te versnellen of efficiënter te maken, zonder dat de katalysator zelf wordt verbruikt. BioBTX gebruikt katalytische conversie om de losse koolstofmoleculen (afkomstig van afvalplastic of biomassa) samen te voegen tot de nieuwe chemische bouwstenen benzeen, tolueen en xyleen.
Pyrolyse en katalytische conversie
Over naar de werking van de installatie. In de eerste tank vindt de eerste stap van het chemisch proces plaats; pyrolyse. Het vermalen afvalplastic wordt in deze tank in een zuurstofarme omgeving verhit tot ongeveer 500 graden Celsius. Hierdoor vallen de lange molecuulketens van het plastic volledig uiteen in kleinere moleculen, voornamelijk gassen en olie-achtige stoffen. “Dit is het punt waarop je het plastic of de biomassa letterlijk afbreekt tot de basisstructuren”, legt Schenk uit.
Vervolgens gaan de hete gassen via het leidingsysteem naar de tweede geïsoleerde tank. Hier vindt de katalytische conversie plaats. In deze speciaal ontwikkelde katalysator vormt een specifieke stof – het geheim van de smid – moleculen om tot de bouwstenen benzeen, tolueen en xyleen. “Deze chemische bouwstenen – die als één vloeistof uit de katalysator komen en die door de petrochemische industrie eenvoudig zijn te scheiden in benzeen, tolueen en xyleen – zijn honderd procent gelijk aan de BTX die uit olie en gas worden gewonnen. Dat betekent dat ze direct bruikbaar zijn in bestaande productieprocessen, zonder dat er technische aanpassingen nodig zijn.”
Van pilot naar echte fabriek
De pilotinstallatie van BioBTX is een plek van constante innovatie. “In de beginfase was het vooral een kwestie van vallen en opstaan”, vertelt Niels Schenk. “We konden vaak maar een kwartiertje per week draaien omdat het systeem telkens vastliep door een storing of verstopping. Dan moest de installatie eerst afkoelen, waarna we de hele boel moesten schoonmaken, het probleem zoeken en verhelpen en dan de installatie weer naar 500 graden Celsius brengen. Maar juist door die technische uitdagingen hebben we wel een enorme vooruitgang geboekt.”
Met de kennis die is opgedaan in de pilotfabriek, zet BioBTX nu de volgende stap: de bouw van een grootschalige fabriek in Delfzijl. Hier worden twee installaties gerealiseerd, met een gezamenlijke capaciteit van 50 kiloton per jaar. De eerste installatie moet in 2026 operationeel zijn. Dit betekent een flinke opschaling ten opzichte van de pilotinstallatie, die op dit moment enkele tonnen per jaar produceert.
Delfzijl is bewust gekozen vanwege de nabijheid van chemische industrieclusters en infrastructuur voor energie en grondstoffen. Bovendien biedt het synergievoordelen: restwarmte van naburige bedrijven kan worden gebruikt om de benodigde warmte in de installatie te krijgen.
Uitdagingen en vooruitzichten
Hoewel de technologie veelbelovend is, zijn er ook uitdagingen te slechten. Zoals de concurrentie met goedkopere fossiele grondstoffen. “Als je externe milieukosten buiten beschouwing laat, is fossiele koolstof nog steeds relatief goedkoop vergeleken met hernieuwde koolstof. Om een gelijk speelveld te krijgen worden overheidsbeleid en marktmechanismen essentieel.” Toch is Schenk optimistisch. “De belangstelling vanuit de industrie en de overheid groeit. Mensen zien in dat dit de weg vooruit is. Als we erin slagen om op te schalen en kosten te verlagen, kunnen we echt een verschil maken.”
