Wat is PET-depolymerisatie?
PET depolymerisatie - ook wel chemische recycling of moleculaire recycling genoemd - is de behandeling van afval van polyestertereftalaat (PET) met een chemische reactie en gematigde warmte om chemische voorlopers (monomeren) van PET te produceren. Het is de meest veelbelovende oplossing aan het einde van de levenscyclus voor vervuilde PET-afvalstromen en zal essentieel zijn om te voldoen aan de veelheid van eisen voor gerecycled materiaal voor PET-drankflessen.
Achtergrond:
Toonaangevende ontwikkelaars van PET depolymerisatie hebben een aanzienlijke demonstratieschaal bereikt, maar de beschikbaarheid van PET-afval van lage kwaliteit beperkt de commerciële levensvatbaarheid; de huidige inspanningen zijn vooral gericht op het uitbreiden van het aantal potentiële afvalgrondstoffen. Het succes van de ontwikkeling van toeleveringsketens voor PET-afval van lage kwaliteit zal bepalen hoe de technologie wordt gecommercialiseerd - door middel van multiples of schaalvoordelen - en wie de eigenaar is - bedrijven die polymeren produceren of kleine tot middelgrote ondernemingen (KMO's) en traditionele afvalverwerkingsbedrijven.
Ontwikkelaars van PET depolymerisatie hebben een grote variatie in het type chemische reactie dat wordt uitgevoerd en een aantal kleinere variaties in wat ze gebruiken om die reactie te versnellen. Op basis van het type chemische reactie dat wordt gebruikt, verdelen we het PET depolymerisatielandschap in drie categorieën: hydrolyse, methanolyse en glycolyse. Deelnemers zijn verspreid over de hele wereld (Noord- en Zuid-Amerika, EMEA en Azië-Pacific) en bestaan voornamelijk uit KMO's en onderzoeksinstellingen, hoewel bedrijven meer betrokken beginnen te raken via zowel interne technologische ontwikkelingen als joint ventures.
Om een uitgebreid overzicht van dit landschap te geven, hebben we naast onze bestaande dekking verschillende Lux-datatools gebruikt om een lijst van relevante organisaties samen te stellen. Deze informatie dient om de belangrijkste trends te definiëren en kansen te identificeren voor degenen die de markt willen betreden.
Noord- en Zuid-Amerika en Emea domineren Corporate & Sme-activiteiten, maar Apac ziet een groeiend aandeel van onderzoeksinstellingen.
Een decennium geleden was PET depolymerisatie het populairst in Azië-Pacific (vooral China), waar ontwikkelaars als Toray, M&G Chemicals en Zhejiang Jiaren New Materials bij betrokken waren; tegenslagen als gevolg van een lage tolerantie voor onzuiverheden en afvalproductie stonden succes echter in de weg. Vandaag de dag vinden de meeste commercialiseringsinspanningen plaats in Noord- en Zuid-Amerika en EMEA, hoewel het onderzoek in Azië-Pacific, vooral rond op hydrolyse gebaseerde processen, de laatste jaren aanzienlijk is toegenomen. Het meeste van dit onderzoek is gericht op de ontwikkeling en verbetering van de functionaliteit van katalysatoren. Terwijl hydrolyse de algemene onderzoeksactiviteit domineert dankzij inspanningen in Azië-Pacific, zijn de commercialiseringsinspanningen relatief gelijk verdeeld over de drie technologiebenaderingen.
De focus van de ontwikkeling is verschoven naar het uitbreiden van het bereik van levensvatbare afvalgrondstoffen om grootschalige activiteiten te ondersteunen.
Toonaangevende ontwikkelaars van PET depolymerisatie hebben aangetoond dat de technologie zwaar vervuild PET-afval kan verwerken in een relatief korte tijd (minder dan zes uur) en daarbij hoogzuivere monomeren kan produceren, maar ze hebben vertrouwd op nichebronnen voor PET-afval van lage kwaliteit, zoals afval van polyester vloerbedekking, om het proces te voeden. In 2019 verwachtte het industriële sentiment dat PET depolymerisatie zou blijven vertrouwen op een korte lijst van lokaal beschikbare afvalstromen, wat zou resulteren in gedistribueerde in plaats van grootschalige uitbreidingen; recente activiteiten wijzen er echter op dat PET depolymerisatie mogelijk verpakkingsafval en (belangrijker nog) textielafval kan aanboren, waardoor activiteiten van meer dan 100.000 ton per jaar mogelijk worden. De barrière voor het gebruik van textielafval is de verontreiniging met polycondensaat (nylon), een van de enige materialen die de PET depolymerisatie kan verstoren, en die extreem moeilijk te identificeren is via handmatige sortering. Hoewel het technisch mogelijk is om een proces te ontwikkelen, zoals dat van Ioniqa, dat een grote hoeveelheid polycondensaatvervuiling kan accepteren, zullen de meeste ontwikkelaars vertrouwen op een geavanceerd voorbehandelingsproces, waarschijnlijk met behulp van geautomatiseerde sorteerapparatuur.
Als exploitatie op commerciële schaal mogelijk is, zal de ontwikkeling verschuiven naar een aanpak op basis van schaalvoordelen.
Als de verschillende op handen zijnde 100.000+ tpa uitbreidingen succesvol zijn, zullen we waarschijnlijk zien dat grote bedrijven met synergetische downstream activa (PET-fabrikanten) beginnen met het verwerven van PET depolymerisatietechnologie via licentie- en joint venture-overeenkomsten en het domineren van schaalvergroting. Door hun superieure activa te gebruiken om snel op te schalen, zullen ze kmo's voorbijstreven die BOO-activiteiten (Build, Own, Operate) nastreven en hen dwingen om van strategie te veranderen, een soortgelijke dynamiek als die zich momenteel afspeelt in de plastic pyrolyse. In dat geval zullen deze bedrijven op zoek gaan naar locaties met toegang tot PET-afval van lage kwaliteit (of een sterk transportnetwerk), bestaande PET-productiemiddelen die aansluiten bij de depolymerisatieproducten en sterke lokale overheidssteun.
Hydrolyse:
De voorheen populairste depolymerisatieroute, hydrolyse, maakt gebruik van natriumhydroxide en water om een redoxreactie in PET op te wekken, waardoor het wordt afgebroken in monomeren van tereftaalzuur (TPA) en (mono)ethyleenglycol (MEG). TPA en MEG zijn de meest voorkomende monomeren voor de hedendaagse PET-productie, waardoor ontwikkelaars van hydrolyse hun producten op de open markt kunnen verkopen. Hydrolyse heeft de neiging om gevaarlijker afvalwater te produceren dan de andere routes, wat de reden is voor de afnemende populariteit. Sommige ontwikkelaars, zoals Gr3n Recycling, beweren dat ze vloeistoffen meerdere keren kunnen recyclen, maar anderen, zoals Loop Industries, hebben aanzienlijk meer succes geboekt na het omschakelen van het reactietype.
Methanolyse:
De minst populaire maar misschien wel meest veelbelovende depolymerisatieroute, methanolyse, maakt gebruik van methanol om een transesterificatiereactie in PET op te wekken, waardoor het wordt afgebroken in dimethyltereftalaat (DMT) en MEG-monomeren. De PET-industrie is het afgelopen decennium overgeschakeld van DMT naar TPA vanwege de voordelen voor de verwerking en het milieu, hoewel een minderheid van de faciliteiten nog steeds een op DMT gebaseerd proces gebruikt, waardoor ontwikkelaars meestal downstream afnameovereenkomsten moeten afsluiten met het juiste type PET-fabrikant. Methanolyse produceert doorgaans geen gevaarlijk afvalwater, hoewel methanol met een hoge efficiëntie moet worden teruggewonnen om economisch levensvatbaar te zijn.
Glycolyse:
De populairste depolymerisatieroute, glycolyse, maakt gebruik van MEG om een omesteringsreactie in PET op te wekken, waardoor het wordt afgebroken tot een bis(2-hydroxyethyl)tereftalaatmonomeer (BHET). BHET is een chemisch tussenproduct dat halverwege de productie van PET-hars wordt gevormd en, na aanpassing van het proces, direct aan deze stap van de PET-productie kan worden toegevoegd; door water aan BHET toe te voegen worden TPA en MEG geproduceerd. BHET kan halverwege de PET-productie op basis van TPA of DMT worden toegevoegd, maar wordt door geen enkele PET-fabrikant rechtstreeks gebruikt, waardoor ontwikkelaars genoodzaakt zijn om downstream afnameovereenkomsten te sluiten met PET-fabrikanten die bereid zijn om hun proces aan te passen.
#LuxTake:
De behoefte aan gerecycled PET van voedingsmiddelenkwaliteit zorgt voor een aanzienlijke interesse en financiering van depolymerisatieprocessen voor PET door consumentenverpakkingen. Hoewel veel PET-fabrikanten afnameovereenkomsten hebben met ontwikkelaars van depolymerisatie, is hun mate van eigendom grotendeels afhankelijk van het succes van op handen zijnde grootschalige uitbreidingen. Ongeacht wie uiteindelijk eigenaar is van de depolymerisatietechnologie, verwachten we dat de technologie op de lange termijn succesvol zal zijn.
De beschikbaarheid van afval, synergieën met bestaande activa en steun van de lokale overheid zijn allemaal nodig om grootschalige PET depolymerisatieoperaties te ondersteunen. Hoewel de technologie zeker niet geschikt is voor alle omstandigheden, zoals pyrolyse van plastic, staat de ontwikkeling nog in de kinderschoenen om onderzocht te worden door productieklanten met deze synergieën. Bedrijven moeten de voortdurende opschalingsinspanningen in de gaten houden als belangrijke indicatoren voor de levensvatbaarheid van depolymerisatie op grote schaal.