Hard plastic is wél te recyclen, als je het anders opbouwt

Stevig plastic is ontzettend handig, maar ook moeilijk te recyclen. Dat stond zo goed als vast, tot de komst van zogenoemde vitrimeren. Wageningse onderzoekers van het cluster Biomoleculaire Wetenschappen leggen samen het fundament voor dit nieuw, duurzaam plastic, dat hard is als het kan en zacht als het moet.

Het eerste plastic volledig gemaakt uit aardolie is meer dan honderd jaar geleden uitgevonden. Chemici ontdekten al snel dat kleine veranderingen in de bouwstenen van plastic leiden tot andere eigenschappen en dus nieuwe soorten plastic. Sindsdien is dit sterke, goedkope materiaal niet meer weg te denken uit de maatschappij. We hebben kunststof kozijnen en andere bouwmaterialen, plastic bekers en waterflesjes, autobanden en -dashboards, brillenglazen, laptops en speelgoed. En niet te vergeten: een groot deel van ons voedsel zit verpakt in plastic.

Toch heeft plastic als overduidelijke keerzijde de toenemende vervuiling van de natuur. Wereldwijd schommelt het percentage recycling van plastic afval rond een paar procent. De rest wordt verbrand, gestort of verdwijnt in de natuur. Daarom zoeken chemici nu naar manieren om plastic te maken dat eindeloos hernieuwbaar is én tegelijk gunstige eigenschappen heeft. Dat blijkt een grote uitdaging. Goed recyclebaar plastic bestaat namelijk wel, maar is vrij zacht en daardoor minder geschikt voor harde vleesbakjes of auto-onderdelen.

Een nieuwe uitvinding
Bij de bestaande harde plastics vormen de kleinste bouwstenen, de moleculen, lange strengen. Net als bij alle soorten plastic overigens, maar bij harde plastics zitten die strengen met stevige dwarsverbindingen aan elkaar. Deze bindingen laten zelfs niet los bij hoge temperaturen. Hard plastic is daardoor slecht te recyclen, omdat het – eenmaal gemaakt – niet meer te vervormen is. Vijf jaar geleden besloten Wageningse chemici daarom verder te werken aan vitrimeren, een nieuwe uitvinding uit Frankrijk, waarin de voordelen van hard en zacht plastic samenkomen.

Simon van Hurne en Sybren Schoustra van de leerstoelgroep Organische Chemie werken aan dit nieuwe duurzame plastic. “Een vitrimeer kun je zien als een net van een voetbalgoal dat met knoopjes aan elkaar vast zit”, legt Schoustra uit. “Dat netwerk kun je activeren. Dan laten de knoopjes los en kun je ze ergens anders weer vastzetten.” Dat activeren doen Van Hurne en Schoustra door te verwarmen. “Het liefst heb je iets dat op kamertemperatuur hard is en bij bijvoorbeeld 150 graden Celsius hervormbaar wordt. Want het is natuurlijk jammer als je hete koffie in je mok giet en je mok half uit elkaar valt”, aldus Schoustra.

Samen testen
Met hun nieuwe stukjes plastic gaan Schoustra en Van Hurne langs bij andere onderzoekers om de eigenschappen te testen. Zo stappen ze binnen bij hun directe buren, het laboratorium van Physical Chemistry and Soft Matter. Hier leggen zij de stukjes plastic in een reometer, die test hoe stug of juist elastisch het is en tot welke temperatuur het plastic stabiel blijft. Jasper van der Gucht van dit lab vertelt: “Onze reometer duwt en trekt om te kijken hoe sterk het materiaal is. Simon en Sybren komen dus bij ons om die metingen te doen en wij helpen ze bij de interpretatie daarvan. We vullen elkaar aan.”

Schoustra gaat vervolgens nog een deur verder naar de leerstoelgroep Biofysica. “Deze samenwerking begon als een vrijdagmiddagexperiment”, vertelt Schoustra, “maar we zagen meteen interessante dingen. Nu werken we al anderhalf jaar met elkaar.” Met de Raman microscoop van deze groep bestudeert hij de nieuwe materialen diep van binnen. Hij bekijkt hoe het materiaal precies is samengesteld en hoe de moleculen zijn gerangschikt. “Als alles op het niveau van de moleculen goed gemengd is, kun je door het plastic heen kijken. Dat is bij bepaalde toepassingen ook belangrijk. Mensen willen graag zien wat ze kopen.”

In de toekomst gaan onderzoekers van Organische Chemie nieuwe plastics mengen met bestaande varianten. Daarnaast willen ze bestaande plastics met hun technieken aanpassen, zodat deze ook recyclebaar worden. Andere onderzoekers kunnen die kennis gebruiken om bijvoorbeeld nieuwe voedselverpakkingen te ontwikkelen, die sterk, veilig en duurzaam zijn.

In zeewater oplosbaar
De hoop is dat de producten van dit soort nieuwe plastics vaak gerecycled worden en niet eindigen als zwerfafval in de natuur. Mocht dit toch gebeuren, dan biedt een nieuw soort biobased plastic gemaakt door Julian Engelhardt in de toekomst misschien nog uitkomst. Hij werkt voor Wageningen Food and Biobased Research en de leerstoelgroepen Organische Chemie en Physical Chemistry and Soft Matter. De plastics die Engelhardt probeert te maken, zijn zogenoemde saloplastics. Dit materiaal valt in zout water uiteen tot losse moleculen die niet schadelijk zijn voor het onderwaterleven. “In een paar dagen, weken of maanden kan het volledig zijn afgebroken”, aldus Engelhardt. Ander plastic drijft tientallen of zelfs honderden jaren in zee.

Het principe werkt, maar Engelhardt sleutelt nog verder om het materiaal sterk genoeg te maken voor toepassing in producten. Dat zijn project een samenwerking is tussen een onderzoeksinstituut en twee leerstoelgroepen is een groot voordeel in dat proces. “Ik kan heel makkelijk gebruikmaken van de apparatuur op drie plekken. Deze gedeelde positie zorgt er ook voor dat ik een groot netwerk van onderzoekers om mij heen heb, wat mijn project sneller vooruit helpt.”

Ook Van Hurne noemt de gedeelde apparatuur en de korte lijntjes als belangrijkste pluspunten van de samenwerking. “Het is makkelijk binnenlopen als je samenwerkt binnen de universiteit. Het helpt ook om nieuwe ideeën te krijgen voor een volgende stap in je onderzoek.”

Bron: WUR

Sybren Schoustra vertelt bij Omroep Gelderland over hard plastic recyclen.