Tema

Ångkrackning gör allt plastskräp som nytt igen

Forskare på Chalmers har tagit fram en process för att bryta ner vilket plastavfall som helst till molekylnivå. Gasen som bildas kan sedan bli nya plastmaterial av samma kvalité som innan återvinningen.

Tekniken skulle kunna omvandla dagens plastfabriker till returraffinaderier, inom ramen för deras befintliga infrastruktur, menar forskargruppen bakom den nya metoden.

Att plast inte bryts ner utan blir kvar i naturen är ett av våra stora miljöproblem. Forskarna på Chalmers ser just denna egenskap som en tillgång för att skapa en cirkulär plastanvändning. Att plasten inte bryts gör det möjligt att skapa ett rättmätigt värde för använd plast, och en ekonomisk drivkraft för att samla in den, menar Henrik Thunman, professor och avdelningschef för Energiteknik på Chalmers.

– Vi får inte glömma att plast är ett fantastiskt material som ger oss produkter som vi annars bara hade kunnat drömma om. Problematiken är att den tillverkas till så låg kostnad att det har varit billigare att producera ny plast av olja och fossil gas än av insamlat och utsorterat plastavfall.

Plast av prima kvalité

Forskarna har utfört sina försök med kemisk återvinning via ångkrackning av plast på Chalmers kraftcentral i Göteborg. Målet är att få fram en effektiv process för att producera ny plast av prima kvalité från återvunnen plast.

– Genom att hitta rätt temperatur, uppvärmningshastighet och uppehållstid har vi i våra experiment visat hur vi kan omvandla 200 kilo plastavfall i timmen till en fördelaktig gasblandning i 850 graders värme. Den kan sedan återvinnas på molekylär nivå för att bli nya plastmaterial, säger Henrik Thunman.

Uttjänt biobaserat material som papper, trä och kläder kan också användas som råvara i den kemiska processen. Det innebär att andelen fossilt material i plast successivt kan minskas. Fångar man dessutom in koldioxid i processen skapas nettonegativa utsläpp till atmosfären.

Ångkrackning på nytt vis

Tekniksystemet som gör en cirkulär användning av plast möjlig, samtidigt som det kopplar samman användningen av allt kolbaserat material av både fossilt och biogent ursprung. Illustration: Boid

Processen riktar in sig på alla typer av plastblandningar som naturligt skapas i vårt avfallssystem eller historiskt har lagrats, exempelvis på soptippar, i hav och på land.

Det som nu möjliggör att använda insamlad och sorterad plast i storskaliga petrokemiska fabriker är att det insamlade materialet börjar finnas i tillräckliga volymer. Dessa fabriker kräver i storleksordningen 1-2 miljoner ton utsorterat plastavfall per år för att ställa om. Detta kan jämföras med Sveriges totala mängd plastavfall år 2017 som var kring 1,6 miljoner ton, av vilket endast kring 8 procent materialåtervanns till plast av lägre kvalité.

Chalmersforskarna ser därmed en möjlighet att skapa en cirkulär användning av plast i vårt samhälle, som samtidigt frigör oss från vårt behov av olja och fossil gas för produktion av olika plastmaterial av prima kvalité.

– En cirkulär användning av plast skulle bidra till att skapa ett riktigt värde på plast som är använd, och därmed en ekonomisk drivkraft för att samla in den överallt på jorden. Detta skulle i sin tur bidra till att minimera läckage av plast till naturen, och även till en avsättningsmarknad för insamlandet av plast som redan har läckt ut, säger Henrik Thunman.

År 2015 återvanns globalt endast två procent av drygt 350 miljoner ton plastavfall till produkter av likvärdig kvalité som den ursprungliga, och åtta procent återvanns till en lägre kvalité. Huvudparten av de 40 procent som inte hamnade på soptippar eller i naturen gick till energiåtervinning eller bara till volymreducering via förbränning, vilket orsakar koldioxidutsläpp till atmosfären.

Flytta kolatomerna till ny plast

När man ser på återvinning av plast idag kopplar man detta till den så kallade avfallstrappan, där man i princip smälter om plasten till lägre och lägre kvalité, innan den slutligen energiåtervinns.

– Istället för detta fokuserar vi på att flytta kolatomerna i den insamlade plasten till ny plast av ursprunglig kvalité, det vill säga till det översta steget i avfallstrappan, för att skapa en verklig cirkuläritet.

Idag tillverkas plast av ursprunglig kvalité genom att slå sönder fossila olje- och gasfraktioner i en så kallad kracker i petrokemiska fabriker. I den skapas de byggstenar, bestående av enkla molekyler, som sedan sätts ihop till den enorma variationen av olika plastmaterial vi använder i vårt samhälle.

För att göra motsvarande från insamlad plast krävs utveckling av en ny process. Det Chalmersforskarna nu har visat är hur en sådan process skulle kunna utformas tekniskt, samt hur den på ett kostnadseffektivt sätt kan integreras i existerande petrokemiska fabriker. En utveckling som skulle möjliggöra en transformativ omställning av dagens petrokemiska kluster till framtidens returraffinaderier.

Arbetar vidare med processen

– Vi går nu från de inledande försöken, som syftade till att påvisa möjligheten med processen, till att inrikta våra insatser på att ta fram mer detaljerad kunskap, säger Henrik Thunman. Kunskap som krävs för att skala upp processen från försöken som görs i skalan enskilda ton plast per dag till en kommersiellt intressant skala som är hundratals ton per dag.

Vad händer med vårt plastskräp?

År 2015 skapades drygt 350 miljoner ton plastavfall världen över. Detta hände med avfallet:

Runt 1 procent spreds i ekosystem på land och i vatten. Trots att andelen är så liten innebär detta ett stort miljöproblem, eftersom den totala mängden plastavfall är så stor, och eftersom plast bryts ner mycket långsamt i naturen och därför ackumuleras.

Cirka 60 procent hamnade på soptippar.

Runt 14 procent samlades in till materialåtervinning. 8 procent återvanns till plast av lägre kvalité, och 2 procent till produkter av likvärdig kvalité som den ursprungliga. Cirka 4 procent gick förlorat i processen.

Cirka 25 procent gick till förbränning, antingen för energiåtervinning eller bara för att minska avfallets volym.

Källa: Chalmers

Vetenskaplig artikel:

Circular use of plastics-transformation of existing petrochemical clusters into thermochemical recycling plants with 100% plastics recovery. Sustainable Materials and Technologies. Henrik Thunman, Teresa Berdugo Vilches, Martin Seemann, Jelena Maric, Isabel Cañete Vela, Sébastien Pissot och Huong N.T.Nguyen. Samtliga arbetade på institutionen för rymd-, geo och miljövetenskap på Chalmers när forskningen utfördes.

Kontakt:

Henrik Thunman, professor och avdelningschef för Energiteknik, vid institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap på Chalmers, Henrik.Thunman@chalmers.se

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Ångkrackning gör allt plastskräp som nytt igen

 lästid ~ 5 min