Ammoniumbicarbonaat helpt bij recycling van polyesterkatoen

Onderzoekers van Universiteit van Kopenhagen ontwikkelen nieuw proces

Shriaya Scharma en Yang Yang — Onderzoekers Shriaya Sharma en Yang Yang demonstreren de nieuwe methode voor het recycleren van polyester,
ontdekt door de Universiteit van Kopenhagen

Polyester is een van de meest gebruikte textielsoorten ter wereld, maar polyesterrecyclage is vooralsnog een lastig verhaal. Wetenschappers aan de Universiteit van Kopenhagen hebben hiervoor wellicht een simpele oplossing gevonden: warmte, een oplosmiddel en ammoniumbicarbonaat (ook bekend als vlugzout, reukzout, hertshoornzout).

EU wil 75% textielrecyclage in 2030

Elk jaar wordt er ruim 60 miljoen ton polyester geproduceerd, waarvan slechts 15% gerecycleerd wordt. De rest verdwijnt op de vuilstort of in de verbrandingsoven, wat extra CO₂-emissie veroorzaakt.

Toch wil de EU dat in 2030 driekwart van alle textiel wordt gerecycleerd. Dat wordt bij lange na niet gehaald. Een van de redenen is dat kleding lastig te recyclen is, zeker ook polyesterkleding.

Beperking van bestaande polyesterrecyclage

Polyester is een mix van plastic en katoen die als basis dient voor diverse producten. Van gordijnen en sofa's tot allerlei kledingstukken.

Het is echter lastig om het plastic en het textiel aan het einde van de cyclus weer van elkaar te scheiden en ze terug te winnen. De huidige methoden zijn vooral geschikt om het plastic terug te winnen. Het textiel gaat daarbij verloren vanwege de zwakke glycosideverbindingen in het katoen. Bovendien zijn bij deze methoden metaalkatalysatoren nodig, wat metaalvervuiling veroorzaakt.

Mede daardoor vindt de recycling van polyester nog maar mondjesmaat plaats. De uitdaging is om een methode te ontwikkelen waarbij het plastic en de katoenvezels gescheiden worden zonder daarbij het katoen te vernietigen.

Een voordeel van deze nieuwe methode is dat het proces in een enkele stap plaatsvindt

Eenvoudig, kosteneffectief en milieuvriendelijk

Onderzoekers van Universiteit van Kopenhagen hebben hiertoe een nieuwe veelbelovende methode bedacht om polyester in kleding op deze manier te recyclen.

De nieuwe methode lijkt simpeler en groener dan bestaande methoden, omdat ze energiezuiniger en milieuvriendelijker is dan bestaande recyclingmethoden voor polyester (smelten en spinnen tot nieuwe polyestervezels of polyester afbreken tot de monomeren en deze opnieuw gebruiken).

Met deze nieuwe technologie kunnen ze het plastic (een polymeer) afbreken tot een monomeer (zie figuur 2). Dit is een mild proces, waardoor de katoen intact blijft.

Het nieuwe proces

Polyesterrecycling — Figuur 1: Schema van het nieuwe proces voor de recycling van polyester (bron: Trouw)

Het team van onderzoekers uit Kopenhagen stopte versnipperde stoffen in een mengsel van hertshoornzout (bakpoeder) en een niet giftig oplosmiddel (ethyleenglycol). Dit wordt gedurende 24 uur verhit tot 160 °C.

Het resultaat is een vloeistof waarin plastic en katoenvezels in verschillende lagen achterblijven. Dit is een eenvoudig en kosteneffectief proces. Het hertshoornzout, ook wel ammoniumbicarbonaat (NH₄HCO₃) genoemd, wordt bij verhitting afgebroken in ammoniak, CO₂ en water.

De combinatie van ammoniak en CO₂ werkt als een katalysator die het plastic in polyester afbreekt, terwijl de katoenvezels behouden blijven (zie figuur 2).

Scheiding polymeerkatoenmengsel — Figuur 2: Scheiding van polyester-katoenmengsel in katoen en een monomeer

Hoewel ammoniak op zichzelf giftig is, is het in combinatie met CO₂ veilig voor gebruik. Door de milde aard van de chemicaliën blijven de katoenvezels intact. Het resultaat is een vloeistof waarin de plastic- en katoenvezels van elkaar gescheiden zijn.

Intact katoen na polyesterrecyclage — Het intacte katoen na het proces

Natuurlijke stof

Hertshoornzout was vroeger een huis-tuin-keukenmiddel. Het wordt gemaakt van de natuurlijke mineralen ammoniumsulfaat (NH₄)₂SO₄ en calciumcarbonaat CaCO₃ en werd als bakpoeder gebruikt. Omwille van zijn eigenaardige ammoniakachtige geur verdween het uit de meeste huishoudens. Bij andere methoden worden chemische stoffen gebruikt. Om het milieu minder te belasten, wordt nu dus een natuurlijke stof gebruikt.

De textielindustrie heeft dringend betere oplossingen nodig om gemengde stoffen zoals polyesterkatoen te verwerken. Op dit moment zijn er weinig praktische methoden die zowel katoen als plastic kunnen recyclen. Het betreft in de meeste gevallen een of-of-verhaal.

Met de nieuw ontdekte techniek worden het polyester gedepolymeriseerd tot monomeren en het katoen teruggewonnen op een schaal van enkele honderden grammen, en op een eenvoudige en milieuvriendelijke manier van elkaar gescheiden.

Hoewel de methode alleen op laboratoriumschaal is getest, is er al contact met bedrijven om op industriële schaal te testen

Laboratoriumtesten

De eerste laboratoriumtests in Kopenhagen zijn geslaagd. De methode werkt zowel met enkel plastic als met materialen die gemengd zijn met plastic en katoen. Het proces werkt alleen in op het plastic en het katoen. Zelfs als er vuil bij het polyesterkatoenmengsel zit, ontstaat er nog steeds een mengsel van monomeren en katoen. Ook een blouse met knoopjes verstoort het proces niet. Het plastic en het katoen worden van elkaar gescheiden, de andere producten blijven drijven en laten zich zo makkelijk verwijderen.

Polyesterrecyclagemethode — Een polyester jurk wordt opgeknipt en toegevoegd aan een mengsel van ammoniumbicarbonaat en een mild oplosmiddel

Een ander voordeel van de methode is dat het proces in een enkele stap plaatsvindt, hetgeen bij de reeds langer bestaande methoden niet kan.

Het zou nog beter zijn als het proces bij een lagere temperatuur dan 160 °C zou kunnen worden uitgevoerd, maar dan neemt de hoeveelheid plastic en katoen na het scheiden af. De huidige recyclemethoden verlopen overigens bij een nog hogere temperatuur (200 - 240 °C).

Hoewel de methode alleen op laboratoriumschaal is getest, is er al contact met bedrijven om op industriële schaal te testen. De volgende stap hierbij is opschalen naar kilo's in plaats van grammen. Dat willen ze gaan doen in samenwerking met grote recyclebedrijven. Als dat succesvol blijkt is dat nog niet genoeg om de EU-doelen te halen. Maar het brengt ze wel een stukje dichterbij.

Referenties
• https://science.ku.dk/english/press/news/2023/hartshorn-salt-and-baking-solves-a-serious-environmental-problem
• Catalytic Fabric Recycling: Glycolysis of Blended PET with Carbon Dioxide and Ammonia, Yang Yang and Shriaya Sharma et al., ACS Sustainable Chem Eng. 2023, 11, 30, 11294-11304, 17 July 2023
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssuschemeng.3c03114

Reukzout helpt bij recycling van polyesterkatoen