COMPOCYCLE maakt recyclebare biocomposieten rijp voor de industrie

Binnen COMPOCYCLE werken onderzoekers onder leiding van Wageningen University & Research samen met partners* aan 100% biobased, thermohardende composieten die recyclebaar én onmiddellijk inzetbaar zijn voor de industrie.

Het probleem met thermohardende harsen is dat deze bestaan uit ketenpolymeren die na uitharding een onomkeerbaar netwerk vormen, anders dan bij zogeheten thermoplasten, die eenvoudig zijn te smelten. “Stel het je voor als een bord spaghetti,” legt projectleider Arijana Susa van Wageningen Food & Biobased Research (WFBR) uit. “Als de spaghettislierten van thermoplastics zijn, dan kunnen deze nadat je zeopnieuw verhit bewegen. Maar bestaan ze uit thermoharders, dan zitten er keiharde bruggen tussen alle slierten, de zogeheten crosslinks. Die zetten alles vast en smelten zelfs niet meer als je ze opnieuw verhit. De vezels en de hars in composieten zijn hierdoor vrijwel niet meer uit elkaar te halen en te recyclen.

COMPOCYCLE probeert biobased harsen te ontwikkelen waarin deze crosslinks of bruggen ook na het uitharden gericht zijn af te breken, via externe prikkels. Denk aan temperatuur, UV-licht of een lichte zuurgraad—afhankelijk van het beoogde gebruik. Business developer Raphael Fredon (WFBR) voegt toe: “Als je bijvoorbeeld een materiaal buiten gebruikt, wil je niet dat het afbreekt door UV of water. Maar voor binnengebruik zou dat wél een geschikt afbreekmechanisme zijn.” Susa: “Zo willen we niet alleen de vezels, maar ook de biobased harsen terugwinnen. Dat is precies waar de innovatie zit.”

Het COMPOCYCLE-project volgt twee onderzoekslijnen. Research Line 1 (RL1) richt zich op de ontwikkeling van nieuwe biobased monomeren en crosslinkers op labschaal. Hierbij draait het om chemie: het creëren van biobased, niet-toxische harsen met ingebouwde afbreekbaarheid, volgens de zogeheten Safe-and-Sustainable-by-Design benadering. Die afbreekbaarheid kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd door esters of ketalen (chemische verbindingen) in te bouwen die onder bepaalde omstandigheden loslaten.

De harsen die hiervoor worden ontwikkeld, kunnen worden gemaakt uit humins—reststromen uit de bioraffinage van suikers. Daarnaast is de inzet van andere platformchemicaliën mogelijk, zoals xylose, labellinezuur en dimethylfumaraat. “We zijn dus niet afhankelijk van één grondstof,” benadrukt Fredon. “Er is dan ook genoeg biomassa beschikbaar om op te schalen als het project slaagt.”

COMPOCYCLE mikt dan ook al vanaf de start voorbij de labfase. De nauwe samenwerking met bedrijven zorgt ervoor dat de ontwikkelde materialen aansluiten bij de markteisen. “We werken volgens hun specificaties,” zegt Susa. “Het is een echte co-creatie met de industrie.” Dankzij de samenwerking met composietfabrikanten als Qconcepts en NPSP, die in staat zijn grotere hoeveelheden te recyclen, kan er ook meteen worden gewerkt op kilogram-schaal.

In Research Line 2 (RL2) wordt gekeken naar de toepassing van deze nieuwe materialen. Er worden prototypes gemaakt—zoals gevelpanelen of verkeersborden—die ook daadwerkelijk kunnen worden getest in real-life omstandigheden, namelijkbij The Green Village op de TU Delft-campus. Fredon: “Daar kijken we hoe UV, regen en wind de materialen beïnvloeden. Daarbij gaat het niet alleen om de mechanische prestaties, maar ook om het meten van de veroudering en noodzakelijk onderhoud.”

Hoewel de eerste toepassingen in de bouw liggen, - met name kozijnen (VHZ groep) en gevelbekleding (NPSP), kunnen de composieten ontwikkeld worden voor vele andere industrieën. “We hebben ook formele bevestigingen van partijen in de meubelindustrie, de luchtvaart en de automotive industrie,” zegt Fredon. “Bijvoorbeeld voor bedframes of interieurdelen. Hoewel deze partijen geen officiële consortiumleden zijn, blijven ze wel betrokken bij het project.”

Volgens Susa is het modulaire karakter van COMPOCYCLE’s chemische aanpak hierbij de sleutel. “Het concept blijft hetzelfde, maar je kunt de moleculen aanpassen voor verschillende eigenschappen: star of flexibel, water of UV-resistent. Zo kun je vanuit hetzelfde basisprincipe materialen maken voor heel andere toepassingen.”

COMPOCYCLE onderscheidt zich van eerdere projecten rondom het recyclebaar maken van biocomposieten, zoals het onlangs afgeronde ESTELLA-project. ESTELLA heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt door nieuwe biobased thermoharder formuleringen te ontwikkelen, waarbij de focus lag op het efficiënt opnieuw verwerken van thermohardende materialen. Hierdoor kunnen ze opnieuw worden gebruikt in dezelfde of vergelijkbare toepassingen; een aanpak die bekend staat als closed-loop recycling. Bij COMPOCYCLE gaat het vooral om het praktisch gebruik. “We krijgen niet exact dezelfde thermoharder hars terug, maar wel een nieuwe bruikbare thermoplastic grondstof”, aldus Susa. “Het doel is dus geen een-op-een recycling, ook geen downcycling, maar potentieel zelfs upcycling. Misschien was het eerst een gevelpaneel en wordt het daarna een meubelstuk of onderdeel van een autointerieur.”

De potentiële impact van COMPOCYCLE is groot. Door fossiele kunststoffen te vervangen door biobased én recyclebare alternatieven, draagt het project bij aan minder afval, lagere CO₂-uitstoot en minder afhankelijkheid van fossiele grondstoffen. Ook sluit het aan op de EU Green Deal, de circulaire economie-doelen en producentenverantwoordelijkheid.

Volgens het projectplan mikt COMPOCYCLE op een marktaandeel van 5% in de Europese biobased composietenmarkt—goed voor zo’n 12.500 ton per jaar. En dat is nog maar het begin. Op langere termijn zijn toepassingen denkbaar in de windenergiesector, elektronica of zelfs ruimtevaart.

Wageningen Research – coördinatie en technologie-ontwikkeling
Allnex – producent van harsen
TU Delft – fabricage en testen van composieten
NPSP – producent van biocomposieten voor bouw en infra
Bambooder – producent van natuurvezels (bamboe)
VHZ Groep –producenten van kozijnen en geveldelen
The Green Village – living lab, testfaciliteit
CompositesNL – Nederlandse branchevereniging composietindustrie Qconcepts – composietproducent
Michelin Engineering Polymers – grondstofleverancier (humins)

“Wij ondersteunen het intelligent gebruik van materialen in een grote verscheidenheid aan toepassingen en zijn zeer gemotiveerd om ons aan te sluiten bij het COMPOCYCLE-programma”, zegt Joost van den Berg, General Manager van CompositesNL. “Ons netwerk zal een positieve impact hebben op waardecreatie en marktintroductie.”

Sake van der Wal (Manager ESG bij VHZ Groep) geeft aan dat VHZ meedoet om “de mogelijkheden te onderzoeken om onze milieu-impact met betrekking tot onze producten verder te verminderen, kennis te verzamelen en een positieve disruption in de supply chain te creëren.”

Willem Böttger (eigenaar en Manager of Innovation bij NPSP) merkt op dat NPSP zich heeft aangesloten omdat “de ontwikkeling van een levensvatbare end-of-life strategie een van de grote uitdagingen is om composietmaterialen een sterke license to operate te geven.”

Alessandro Minesso (Section Leader Sustainable Chemistry bij Allnex) zei dat Allnex zich heeft aangesloten bij COMPOCYCLE omdat het aansluit bij de focus van hun innovatiestrategie op composieten en duurzame chemie, “met als doel de circulariteit en duurzaamheid van thermohardende systemen te verbeteren”.

"Bij Bambooder hebben we een baanbrekend productieproces ontwikkeld voor de meest duurzame bamboevezels ter wereld - met een negatieve CO₂-voetafdruk, legt R&D Manager Johan Kocks uit. Maar een composiet is slechts zo groen als de combinatie tussen hars en vezel. Daarom werken we samen in Compocycle, waarbij de focus op recyclebare, biobased thermohardende harsen perfect aansluit bij onze missie."

"We zijn erg enthousiast dat zo'n innovatieve ontwikkeling wordt getest in The Green Village, zegt programmamanager Roby van Praag. Het is een waardevolle en inspirerende aanvulling op ons fieldlab, waar allerlei biobased bouwoplossingen worden getest en gemonitord in een real-life setting."

Jurian Rademaker (Directeur Qconcepts Design & Engineering) legt uit dat het gebruik van recyclebare biocomposieten een strategische prioriteit is voor hun bedrijf: "een krachtige stap in de richting van een toekomst waarin hoge prestaties en circulariteit hand in hand gaan. De echte kracht van het COMPOCYCLE-project ligt in het verbinden van geavanceerde materiaalontwikkeling met toepassingen in de echte wereld. Dat is waar wij een rol spelen, door onze technische expertise en productiemogelijkheden te gebruiken om veelbelovende laboratoriumresultaten om te zetten in schaalbare componenten van hoge kwaliteit."