Het is mogelijk om kunststoffen zowel economisch als klimaatneutraal te produceren door gebruik te maken van een innovatieve combinatie van drie bestaande technologieën: recycling, gebruik van biomassa en koolstofafvang en -gebruik (carbon capture and utilisation, CCU). Dit is nu aangetoond in een nieuwe studie door een internationaal team van onderzoekers van de RWTH Aachen University, het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie (ETH) Zurich en de University of California Santa Barbara. Volgens de studie zou een nieuw holistisch model voor de productie en verwijdering van kunststoffen het mogelijk maken kunststoffen te produceren zonder uitstoot van broeikasgassen (BKG), of, zoals de wetenschappers het noemen, met een zogenaamde netto nul-uitstoot van BKG.
Nul-nul betekent dat alle broeikasgassen die tijdens de productie worden uitgestoten, weer uit de atmosfeer worden verwijderd. Zoals Raoul Meys van de leerstoel Technische Thermodynamica aan de RWTH Aachen University en professor André Bardow van de leerstoel Energie- en Processysteemtechniek aan de ETH Zürich en voorheen de RWTH uitleggen, resulteert dit vervolgens in een koolstofvrije voetafdruk. De resultaten van hun studie tonen aan dat een netto-emissie van nul mogelijk is voor kunststoffen.
Decarboniseren, van de winning van olie tot de productie van kunststoffen
Concreet omvat het concept van de onderzoekers het zogeheten decarboniseren van de energiebronnen die in de toeleveringsketen voor kunststoffen worden gebruikt, met andere woorden het overschakelen op processen waarbij in alle fasen van het proces zo weinig mogelijk kooldioxide (CO2) vrijkomt, van de winning van de olie tot en met de productie van de kunststoffen. De strategie van de wetenschappers is gebaseerd op de vervanging van de fossiele koolstofinput in de plasticproductie, met andere woorden de olie, door gebruik te maken van de bovengenoemde gesloten-lus-technologieën, namelijk chemische en mechanische recycling, het gebruik van biomassa, en het afvangen en benutten van koolstof.
De chemische en mechanische recycling van kunststofafval maakt het mogelijk primaire materialen te vervangen, waardoor hulpbronnen worden gespaard. Zogenaamde biokunststoffen kunnen worden geproduceerd uit hernieuwbare grondstoffen zoals maïs, zetmeel of suiker. Een dergelijke productie concurreert echter met de productie van voedsel, zodat de aandacht steeds meer uitgaat naar de productie van bioplastics op basis van afvalmateriaal, bijvoorbeeld uit de landbouw.
Koolstofafvang en -benutting (CCU) wordt ook wel CO2-recycling genoemd. Bij dit proces wordt de koolstofdioxide uit uitlaatgassen verwijderd en vervolgens hergebruikt voor andere processen, zoals energiegerelateerde of chemische processen. Niet alleen levert dit hergebruik van de afgevangen koolstof een belangrijke bijdrage tot de vermindering van koolstofemissies: het kan ook de productiviteit van industriële processen aanzienlijk verhogen.
Gebruik een zo groot mogelijk aandeel gerecycleerde kunststoffen
Volgens de onderzoekers is een van de resultaten van hun studie dat de sleutel tot de economische productie van klimaatneutrale kunststoffen ligt in het gebruik van een zo groot mogelijke fractie gerecycleerde kunststoffen – aangevuld met de andere hierboven genoemde productieroutes. De auteurs van de studie benadrukken dat een dergelijke productie in overeenstemming is met het beginsel van een circulaire economie. Zij zeggen dat een optimale combinatie van de drie productieroutes de energiebehoefte van klimaatneutrale kunststoffen met 34 tot 53 procent kan verminderen, gemeten ten opzichte van een alternatieve productieroute, namelijk het huidige proces voor de productie van kunststoffen uit fossiele grondstoffen, aangevuld met een uitgebreide afvang en opslag van koolstof (CCS), met name in afvalverbrandingsinstallaties, waar de kunststofproducten aan het eind van hun levenscyclus worden verbrand.
De onderzoekers schatten dat de kosten van de nieuw voorgestelde productieroute van dezelfde orde van grootte zouden zijn als voor het alternatieve, op fossiele brandstoffen gebaseerde productiescenario. Maar dat is nog niet alles: de wetenschappers voorspellen dat onder gunstige omstandigheden de kosten van de kunststoffenproductie wereldwijd in 2050 zelfs met 288 miljard dollar per jaar zouden kunnen worden verlaagd ten opzichte van het alternatieve scenario. Daarvoor moeten echter wel biomassa, CO2 en hernieuwbare elektriciteit tegen lage kosten beschikbaar zijn. Bovendien omvat het kostenbesparingsscenario het duurder maken van de winning en levering van ruwe olie en het invoeren van investeringsstimulansen voor recycling.
Niet kiezen voor een op zichzelf staande aanpak van de productie
De wetenschappers die bij de studie betrokken waren, benadrukken dat hun model het mogelijk maakt om op economische wijze kunststoffen te produceren die gedurende hun hele levenscyclus netto geen broeikasgassen uitstoten. Ze doen daarom een beroep op politici om de weg naar klimaatneutrale kunststoffen te bevorderen door stimulansen te bieden voor meer recycling van kunststoffen en een groter gebruik van biomassa en CCU. “We moeten de verschillende stappen in de productie van kunststoffen niet los van elkaar zien, want er is een enorm potentieel te winnen als ze vakkundig worden gecombineerd,” concludeert professor Bardow van de ETH.