Chemische recyclage van olefinische thermoplastische elastomeren: veelbelovende resultaten bij Certech

In het kader van het project Elast2Sustain onderzoekt Certech de mogelijkheden voor chemische recyclage van thermoplastische elastomeren (TPE's), en meer specifiek olefinische thermoplastische elastomeren (TPO's). Dit R&D-werk, gebaseerd op pyrolyse, is gericht op het omzetten van TPO-stromen in waardevolle koolwaterstofoliën die als secundaire grondstof duurzaam kunnen worden geïntegreerd in industriële waardeketens.

Uit onderzoek op zowel laboratoriumschaal als met een semi-continue pilotinstallatie is de technische haalbaarheid van het proces gebleken; er werden hoge opbrengsten aan vloeibare producten behaald en prestaties geleverd die vergelijkbaar zijn met die van pyrolyse van standaardpolyolefinen.

Deze resultaten maken de weg vrij voor de optimalisatie van een pyrolyseproces voor TPO-recycling.

In een eerste onderzoeksfase werd het gedrag van TPO's onder pyrolyse-omstandigheden in laboratoriumreactoren bestudeerd. Deze proeven hielpen bij het vaststellen van geschikte en veilige procescondities en zorgden voor meer inzicht in de ontledingsmechanismen van de materialen.

De resultaten tonen aan dat TPO's zich anders gedragen dan conventionele polyolefinen: ze vertonen een snellere omzetting en leveren een grotere hoeveelheid lichte oliën op. Deze verhoogde selectiviteit leidt tot opbrengsten aan vloeibare koolwaterstoffen die hoger liggen dan wat doorgaans bij conventionele polyolefinen wordt bereikt.

Bovendien ontstaat er tijdens de pyrolyse slechts een zeer kleine fractie vast residu ('char'). Deze lage opbrengst aan vast bijproduct is een voordeel voor de ontwikkeling van duurzame terugwinningsroutes, met name door de integratie van de verkregen oliën in bestaande petrochemische processen.

De waarnemingen uit het laboratorium werden vervolgens gevalideerd met behulp van de pyrolyse-pilotinstallatie van Certech. Er werden diverse testcampagnes uitgevoerd in semi-continue modus, waarbij onder meer de massabalans werd bijgehouden, online analyses werden verricht en de gasvormige, vloeibare en vaste fracties apart werden opgevangen (Figuur 1).

Figuur 1. Pyrolyse-proefinstallatie voor TPE/TPO bij Certech, bestaande uit een enkelschroefsextruder (geel, links) die continu materiaal toevoert aan een reactor van 20 liter, voorzien van opvangstations (rechts). Afbeelding copyright © Certech 2026.

Op proefschaal werd voor 'virgin' TPO's een verwerkingssnelheid van enkele kg/u bereikt. De resultaten bevestigden de trends die in het laboratorium waren waargenomen: een hoge opbrengst aan vloeibare fase en een kleine vaste fractie.

De geproduceerde oliën werden diepgaand geanalyseerd met behulp van tweedimensionale chromatografie (GC×GC-HRTOF-MS/FID), terwijl de gevormde gassen werden gekarakteriseerd door middel van micro-gaschromatografie (micro-GC).

Figuur 2 toont de chromatogrammen van zuivere n-paraffines (lineaire alkanen van C7 tot C30) en van oliën afkomstig uit diverse pyrolysetests met twee TPO's: een ethyleen-1-octeen-copolymeer ("TPO-PE") en een isotactisch polypropyleen-ethyleen-copolymeer ("TPO-PP").

Figuur 2. GC×GC-chromatogrammen verkregen voor (a) een mengsel van zuivere n-paraffines  en pyrolyse-oliën afkomstig van (b) een ethyleen-1-octeen-copolymeer ("TPO-PE") en (c) een isotactisch polypropyleen-ethyleen-copolymeer ("TPO-PP").

Deze chromatogrammen laten zien dat de profielen van de TPO-pyrolyse-oliën complexer zijn (Figuren 2b-c) dan dat van de n-paraffines (Figuur 2a). In tegenstelling tot de oliën afkomstig van "TPO-PE" (Figuur 2b), waarbij paraffines en olefinen duidelijk gescheiden zijn, vertonen de chromatogrammen van oliën uit "TPO-PP"-pyrolyse aanzienlijke overlappende zones (Figuur 2c), hoogstwaarschijnlijk door de aanwezigheid van vertakte structuren.

Deze complexiteit vormt een belangrijke uitdaging, aangezien ze rechtstreeks van invloed is op de eigenschappen van de oliën en de mogelijke valorisatieroutes. TPO-pyrolyse-oliën (of ze nu afkomstig zijn van TPO-PE of TPO-PP) bevatten daarom niet-paraffinische moleculen, zoals olefinen. De aanwezigheid van olefinen is een beperkende factor voor de valorisatie van pyrolyse-oliën in raffinaderijen als duurzaam alternatief voor aardolienafta. Dit aspect zal worden onderzocht in toekomstig onderzoek binnen het onderzoek van het Elast2Sustain-project dat gewijd is aan chemische recyclage.

Uit de analyse van de pyrolysegassen blijkt de aanwezigheid van een grote verscheidenheid aan verbindingen, met name waterstof (H2), koolstofdioxide (CO2) en methaan (CH4), evenals andere vluchtige organische stoffen (VOS).

De grootste fractie bestaat uit lichte koolwaterstoffen, met name propaan, propeen, isobuteen en C6-verbindingen (Figuur 3). Een deel van deze moleculen kan worden gecondenseerd en teruggewonnen, wat bijdraagt aan een verdere verbetering van de totale opbrengst aan waardevolle vloeibare producten. Deze waarneming geldt zowel voor TPO-PE als voor TPO-PP.

Figuur 3. Voorbeelden van gemiddelde volumetrische concentraties van diverse verbindingen of groepen verbindingen die zijn waargenomen in de gasfasen afkomstig van de pyrolyse van TPO-PE of TPO-PP.

Toekomstig onderzoek zal zich richten op het intensiveren van de reactieomstandigheden in een pilotreactor, het verbeteren van de kwaliteit van de verkregen oliën door nabewerking en het uitbreiden van het proces naar complexere grondstoffen, met name afval-TPO's.

Dit onderzoek bevestigt het potentieel van chemische recycling via pyrolyse als een complementaire hefboom voor het verbeteren van de circulariteit van elastomeermaterialen en het bijdragen aan de ontwikkeling van een duurzamere kunststofeconomie.

Thumbnail werd gecreëerd met behulp van AI.