Katalysator maakt kunststofafval waardevol

Kunststofafval geeft milieuproblemen, maar kan ook als grondstof worden gezien. Van kunststofafval met een katalytisch proces hoogwaardige stoffen maken is nu mogelijk met een nieuw proces. 

In Science staat een proces beschreven van een katalytische eenpotsreactie die plastic zakken efficient omzet in grondstoffen voor hoogwaardige oppervlakte-actieve stoffen en smeermiddelen. De zakken (zie figuur 1) bestaan uit een goedkope kwalitiet polyetheen. Hieruit worden voornamelijk alkylaromaten geproduceerd. Dit zijn aromaatringen met twee alkanen als zijketens (zie figuur 2). Deze alkanen bevatten gemiddeld dertig koolstofatomen en kunnen worden gesulfoneerd tot biologisch afbreekbare oppervlakte actieve stoffen. De opbrengst is ongeveer tachtig procent. Er hoeft geen oplosmiddel of waterstof aan het proces te worden toegevoegd en er wordt slecht een kleine hoeveelheid lichte gassen (methaan) geproduceerd. De katalysator bestaat uit platina-nanodeeltjes. Deze deeltjes zijn vastgelegd op wat grotere korrels aluminiumoxide. Deze dienen primair als drager, maar zijn ook enigszins katalytisch actief. Deze korrels worden gemengd door fijngemalen polyetheenafval. Vervolgens laat men ze een etmaal sudderen bij 280°C. Hierna is het grootste deel omgezet in alkylaromaten. In de reactor komt bij de vorming van aromaatringen waterstof vrij. Deze waterstof knipt met een hydrogenolyse de polyetheenketens in stukken. Dit laatste proces is exotherm. De vrijgekomen energie wordt gebruikt bij de endotherme ringvorming. Hierdoor is de vrij bescheiden temperatuur van 280°C genoeg. Extra waterstof hoeft niet te worden toegevoegd. Wel is het belangrijk om het proces zo in te stellen dat beide reacties elkaar in evenwicht houden, zodat er geen overmaat aan waterstof ontstaat die de kostbare alkylaromaten gaat hydrogeneren.

Op het ogenblik worden alkylaromaten gemaakt door de zijketens te monteren aan benzeen, tolueen of xyleen. Dit wordt voornamelijk geproduceerd uit aardolie, ook al is biomassa tegenwoordig ook mogelijk als grondstof. Op termijn kan deze vinding dus heel wat aardolie schelen. Bovendien is een proces dat in één keer een product met zijketens levert veel eleganter. De beschreven methode laat zien hoe polyetheen uit afval een waardevolle grondstof kan zijn voor de productie van waardevolle producten.

Referentie
Zhang. F et el, Polyetheen upcycling to long-chain tandem hydrogenolysis/aromatization, (2020) Science 370 (6515)

 Lees ook dit dossier over Circular Plastics