Nieuwe technologie verandert een van de meest problematische kunststoffen ter wereld in premium smeerolie

Het zit in van alles, van gebouwen en vloeren tot de pas in je portemonnee. Het is goedkoop, slijtvast en ongelooflijk veelzijdig, maar zodra het materiaal zijn functie heeft vervuld, beginnen de problemen.

Hoewel het materiaal berucht lastig te recyclen is, denkt een Amerikaans onderzoeksteam nu een methode te hebben gevonden die het probleem volledig op zijn kop kan zetten.

In plaats van als afval te eindigen, kan het materiaal namelijk een veel waardevoller tweede leven krijgen. De onderzoekers hebben een methode ontwikkeld waarmee het wordt omgezet in olie die volgens het team qua prestaties kan concurreren met commerciële smeermiddelen.

Het materiaal is pvc, ook wel polyvinylchloride genoemd, en het behoort tot de meest gebruikte kunststoffen ter wereld. Het wordt onder meer toegepast in leidingen, kozijnen en vloerbedekking, maar is bijvoorbeeld ook te vinden in betaalkaarten.

Een deel van het probleem schuilt juist in de enorme veelzijdigheid van pvc. Het materiaal bevat grote hoeveelheden chloor en afhankelijk van de toepassing worden verschillende weekmakers en stabilisatoren toegevoegd. Daardoor kan een oude pvc leiding chemisch gezien aanzienlijk verschillen van bijvoorbeeld een stuk vloerbedekking of een kunststof kaart.

Die grote chemische verschillen maken pvc tot een lastige tegenstander voor traditionele recyclingmethoden. Bij verhitting bestaat bovendien het risico dat ongewenste en mogelijk schadelijke stoffen ontstaan.

Daarom wordt een deel van het afgedankte pvc tegenwoordig verbrand of gestort. De nieuwe technologie kan echter de deur openen naar een heel andere oplossing, waarbij het moeilijk te verwerken plastic afval wordt omgevormd tot grondstof voor een product met een veel hogere waarde.

Product met hogere economische waarde

Onderzoekers van Virginia Tech onder leiding van chemicus Guoliang “Greg” Liu zochten daarom naar een andere oplossing. In plaats van het materiaal opnieuw tot pvc te verwerken wilden ze de aanwezige koolstof gebruiken voor een product met een hogere economische waarde.

De onderzoekers beginnen met versnipperd pvc. Dat materiaal wordt in een oplosmiddel gebracht en vervolgens voegen ze aluminiumtrichloride en zogeheten alfa-olefinen toe.

Het mengsel wordt ongeveer drie uur verwarmd tot 70 graden Celsius en tijdens de chemische reactie wordt het chloor uit de pvc-ketens verwijderd. Andere moleculaire groepen nemen vervolgens de vrijgekomen plaatsen in.

Daarna worden de polymeerketens verder afgebroken tot kleinere moleculen. Het uiteindelijke materiaal vertoont eigenschappen die lijken op die van polyalfaolefinen, zulke synthetische basisoliën worden toegepast in hoogwaardige smeermiddelen voor motoren en industriële machines.

Artikel gaat verder onder de afbeelding.

Smeerolie was helemaal niet het doel van het onderzoek. Het team probeerde een nieuwe vaste kunststof uit het oude pvc te produceren, de experimenten leverden echter telkens een zacht en kleverig materiaal op.

Voor de beoogde toepassing was dat resultaat niet bruikbaar. Liu besloot vervolgens juist gebruik te maken van die eigenschappen en de moleculaire ketens verder af te breken.

“Als dit polymeer zo kleverig en zacht is, waarom breek ik de polymeerketens dan niet gewoon verder af in kleinere stukken?”, aldus Liu.

Het team experimenteerde verder met onder meer de temperatuur en reactietijd en ook de samenstelling van het reactiemengsel werd aangepast. Daarmee konden de onderzoekers uiteindelijk invloed uitoefenen op de eigenschappen en viscositeit van de geproduceerde olie.

Voor praktisch gebruik moet het ook daadwerkelijk goed functioneren. Daarom werden monsters naar onderzoekers van Texas A&M University gestuurd, een team onder leiding van Ali Erdemir onderzocht daar hoe goed de olie wrijving en slijtage kan verminderen.

Volgens Virginia Tech lieten de tests zien dat het materiaal kan concurreren met commercieel verkrijgbare smeermiddelen. Onderzoekers van het California Institute of Technology droegen daarnaast met berekeningen bij aan het onderzoek.

“Ten eerste hebben we bewezen dat uit kunststofafval hoogwaardige smeermiddelen kunnen worden gemaakt”, zegt Liu.

Afval als grondstof niet per se duurzamer

“Ten tweede zijn deze smeermiddelen milieuvriendelijk en kunnen ze voldoen aan de groeiende vraag vanuit de markt naar duurzamere producten.”

Die laatste claim vraagt wel om enige nuance. Het feit dat afval als grondstof wordt gebruikt betekent niet automatisch dat het volledige productieproces duurzamer is dan bestaande alternatieven, daarvoor moet naar de hele levenscyclus worden gekeken.

Het energieverbruik speelt bijvoorbeeld een rol. Hetzelfde geldt voor de productie en terugwinning van het oplosmiddel en de andere chemicaliën die tijdens de omzetting nodig zijn.