De kunststofketen gesloten

Onder aanvoering van Marieke Brouwer en Ulphard Thoden van Velzen ontwikkelde het team van Wageningen Food & Biobased Research het Kunststofketenmodel Terugwinnen Grondstoffen, een rekenmodel voor de analyse van kunststof verpakkingsmateriaal stromen. In deze analyse en het model wordt het verband beschreven tussen de hoeveelheid kunststof verpakkingsmateriaal die consumenten gebruiken (het zogenoemde potentiaal) en hun uiteindelijke verschijningsvorm aan (bijna) het eind van de recyclingketen (de zogenoemde bruikbare gewassen maalgoederen). De analyse betreft zowel de hoeveelheid als de zuiverheid in termen van polymeer samenstelling. Met het rekenmodel kunnen de effecten van (combinaties van) maatregelen op het totaal ketenrendement (bruikbare maalgoederen versus potentiaal) worden geanalyseerd.

Afgedankte plastic verpakkingen vinden hun weg in de recyclingketen via een aantal stappen (zie figuur 1) en via een aantal routes (zie figuur 2). De inzameling vindt in gescheiden stromen plaats of als onderdeel van het huishoudelijk restafval. Via verschillende sortering- en (mechanische) recyclingstappen resulteert uiteindelijk het eindproduct (gewassen maalgoederen).

Om deze materiaalstromen in kaart te brengen, hebben Brouwer en Thoden van Velzen op ingenieuze wijze bestaande datasets met elkaar in verband gebracht. Hierbij maakten ze gebruik van zogeheten Data Reconciliation technieken. In de periode 2010-2015 verzamelde het onderzoeksteam maar liefst 173 monsters op verschillende locaties in het plastic verpakkingsafval netwerk. Daaraan zijn de resultaten toegevoegd van recente steekproeven naar de samenstelling van de PMD-inzameling (plastic, metaal en drankenkartons). Op basis van de monsters zijn 35 types plastic verpakkingen omschreven (zoals transparante PET-fles kleiner dan 500 ml en niet-verpakkingsplastics) en vijf typen overig afval (vervuilingen zoals papier, zand etc.).

Via deze modellering zijn de verschillende stromen materialen in kaart gebracht. De onderzoekers analyseerden en modelleerden ook de feitelijke polymeer samenstelling van monsters van gewassen maalgoed. Uit de berekeningen blijkt dat de modelbevindingen in het algemeen goed overeenstemmen met de werkelijke bevindingen.

Dit onderzoek laat zien hoe belangrijk het is om de juiste mate van detail te hanteren in het onderzoek naar de plastic keten. Dit heeft uiteraard ook implicaties voor beleid. De resultaten zijn indicatief en moeten in de juiste context worden bezien, maar ze laten zien dat de netto inzamelingsrespons (afgedankte plastic verpakkingen) in deze analyse 25% bedraagt. In eerdere analyses, voor het door dezelfde onderzoekers ontwikkelde Rekenmodel Grondstoffen uit Verpakkingsafval, werd dit ingeschat op 33%. Dat heeft onder meer te maken met iets afwijkende definities van wat onder plastic verpakkingen valt en met de meer gedetailleerde analyses.

De verdeling naar type materiaal waar(in) de verpakkingsmaterialen terechtkomen (end-of-life), hangt af van de verschillende types van plastic verpakkingen én via welk kanaal ze zijn afgedankt (gescheiden of via huishoudelijk restafval). Vervolgens spelen ook de sorteerresultaten  een rol. Deze geven inzicht in de sortering van de aparte verpakkingstypes, in hoeverre deze in het gewenste sorteerproduct terechtkomen, of in een ander sorteerproduct of bij de sorteerrest. Voor specifieke verpakkingstypen (zoals PET-flesjes) waren de sorteerresultaten duidelijk beter dan voor andere verpakkingstypen (zoals PE vormvaste verpakkingen), omdat in deze laatste categorie veel kleine verpakkingen voorkomen.

Figuur 3 geeft een overzicht van de gemodelleerde gewassen maalgoed samenstelling voor de vijf plastic hoofdstromen, afhankelijk van hoe ze binnen komen (via gescheiden inzameling of via mechanische nascheiding).

Het Kunststofketenmodel Terugwinnen Grondstoffen laat zien dat - met de huidige stand van zaken - gerecycled plastic van huishoudelijk verpakkingsmateriaal veelal moet worden gezien als een mengsel (blend). Het feit dat het geen volledig zuivere stromen zijn, heeft gevolgen voor de verdere verwerkingsmogelijkheden in een tweede levensfase. Toepassing voor voedingsmiddelen vereist bijvoorbeeld dat naast traceerbaarheid (Is het materiaal eerder gebruikt om voeding te verpakken?) onder meer wordt vastgesteld wat de maximale concentraties van afwijkende polymeren zijn die in het gemengde gewassen maalgoed voor mogen komen.

In de vervolgstudie is het model gebruikt om de effecten van industriële beleidsmaatregelen binnen de recyclingketen voor huishoudelijke kunststofverpakkingen door te rekenen op de kwaliteit (polymere samenstelling) en kwantiteit (hoeveel komt terug) van de recyclingproducten (gewassen maalgoederen).

De beleidsopties zijn per ketenpartij (verpakkende industrie, gemeenten en inzameldiensten, sorteerbedrijven en recyclingbedrijven) doorgerekend aan de hand van twee prestatie-indicatoren, te weten het netto-materiaal rendement van de recyclingketen in % (hoeveelheid) en de polymeerzuiverheid van alle producten in % (kwaliteit). Tevens zijn ze beoordeeld op vier kwalitatieve criteria, namelijk de toepasbaarheid van het eindproduct en zijstromen, de financiële effecten, acceptatie van de maatregel en ten slotte de technische gereedheid van de maatregel.

Ankerpunt voor de evaluatie van beleidsopties was de situatie in 2014, waarvoor het model in eerste instantie is opgesteld en geoperationaliseerd. In 2014 bedroeg het netto materiaalrendement van de recyclingketen 20 ± 2% en de gemiddelde polymeerzuiverheid 91 ± 6%. Ook is met behulp van het model ingeschat hoe dit zich sindsdien heeft ontwikkeld, met name als gevolg van nieuwe inzamelingsmethoden voor PMD. De conclusies hiervan zijn dat in de afgelopen jaren (2015-2017) het brutogewicht ingezameld verpakkingsmateriaal is gestegen, dat de concentratie kunststofverpakkingen in het ingezamelde materiaal is gedaald en dat de sorteerbaarheid is verslechterd. Deze veranderingen hebben te maken met het feit dat de huidige vergoedingensystematiek aan gemeenten afrekent op hoeveelheid en nauwelijks op kwaliteit.

Zoals figuur 4 laat zien, zijn beide prestatie-indicatoren nog ver verwijderd van de theoretische 100% die nodig is in een volledige circulaire economie. Dit is in lijn met de bevindingen van het kunststofketenonderzoek van het KIDV (2017). Overigens, het voor de volle honderd procent sluiten van de fysieke kunststofketen is vooralsnog theorie, omdat in technische recyclingprocessen altijd materiaalverliezen optreden.

In het wetenschappelijk rapport is een groot aantal doorrekeningen terug te vinden, achtereenvolgens voor beleidsopties bij:

• Design for recycling maatregelen bij het verpakkend bedrijfsleven;
• Inzamelwijzen door de inzameldiensten en of gemeenten;
• Sorteren door de sorteerbedrijven;
• Nasorteren en recyclen door de recyclingbedrijven.

Opvallend is dat beleidsopties van het verpakkend bedrijfsleven in het algemeen veel invloed hebben op de kwaliteit (polymeerzuiverheid) van het gewassen maalgoed. Dus als men streeft naar zuiverdere producten uit de recyclingketen, dan is medewerking van het verpakkend bedrijfsleven onontbeerlijk. Vooral de keuze van materialen én design for recycling zijn cruciaal.

Beleidsopties voor gemeenten en inzamelingsdiensten hebben in het algemeen juist veel invloed op de kwantiteit en daarmee op het netto materiaalrendement van de recyclingketen. Dus in het streven naar een kwantitatief meer circulaire keten zijn maatregelen van gemeenten en inzamelingsdiensten onontbeerlijk. De kwaliteit van ingezameld materiaal (mate van vervuiling) is hier evenwel een belangrijk aandachtspunt.

Beleidsopties van de sorteer- en recyclingbedrijven leveren in verhouding een minder grote bijdrage aan de circulariteit. Dit laat zien dat deze ketenspelers in sterke mate afhankelijk zijn van het beleid van de verpakkende industrie en van de gemeenten en hun inzamelingsdiensten.

De resultaten van het onderzoek maken duidelijk dat de recyclingketen voor huishoudelijke verpakkingsmaterialen nog ver verwijderd is van een ideaal circulaire keten. De grootste verliezen treden op doordat slechts een gedeelte van de kunststofverpakkingen gescheiden wordt ingezameld en niet al het huisvuil wordt onderworpen aan nascheiding. Daarnaast is er ook uitval bij het sorteren en het recyclen, waardoor slechts een klein deel zuiver genoeg is om bijvoorbeeld te kunnen worden toegepast in nieuwe verpakkingen. De benodigde polymere zuiverheden voor circulaire toepassingen verschilt tussen plastics. Voor PE, PP en films zijn minimale zuiverheden van 97-98% noodzakelijk en voor circulaire toepassingen van PET zelfs 99,9%.

Er is dus nog een slag te maken richting circulaire economie voor huishoudelijk kunststof verpakkingsafval. Voor een recyclingketen die meer circulair is, moet meer verpakkingsmateriaal worden ingezameld en nagescheiden. Alle ketenpartijen moeten bewust beleid voeren om de kwaliteit van het recyclaat (en de tussenproducten) te verbeteren. Deze kwalitatieve verbeterslag kan alleen slagen door samenwerking tussen alle ketenpartners. Hiervoor is het belangrijk dat het verpakkend bedrijfsleven verpakkingen op de markt brengt die beter zijn te recyclen. Voor de sorteerbedrijven moet het contractueel, juridisch en financieel mogelijk worden gemaakt om zuiverdere sorteerproducten te maken. De recyclingbedrijven moeten doorgaan met innoveren en investeren, zodat zij meer zuivere recyclaten produceren. Een meer centrale regie over deze keten is hierbij noodzakelijk.

Het model voor de analyse van de materiaal stromen was aanvankelijk gebaseerd op de situatie in 2014. De introductie in 2015 van de gescheiden inzameling van plastic, metalen en drankenkartons (bekend onder de afkorting PMD) zorgde voor een belangrijke verandering bij de inzameling in veel gemeenten. Dat deze drie stromen tezamen worden ingezameld, heeft uiteraard invloed op zowel de inzameling- als de sortering-, en recyclingprocessen. Eén van de risico’s van zo’n meer heterogene, gemengde inputstroom is gelegen in de kwantiteit-kwaliteit trade-off. Dat wil zeggen: de hogere bruto en netto inzameling (kwantiteit) gaat door de heterogeniteit van het input materiaal ten koste van de polymeerzuiverheid aan het eind van de recyclingketen (kwaliteit).

Deze hypothese is in deze studie formeel getoetst. Hiervoor is het oorspronkelijke analysemodel van 2014 aangepast aan de nieuwe situatie in 2017. Die aanpassing is meer dan een simpele update, omdat nieuwe materiaalstromen (onder meer drankenkartons) in het model moesten worden opgenomen en verbijzonderd. Hiervoor moesten opnieuw afvalmonsters worden verzameld en geanalyseerd. Voor deze update werden maar liefst 164 monsters geanalyseerd. Daarnaast zijn ook nog mathematisch verbeteringen in het model doorgevoerd. Het nieuwe model volgt niettemin in grote lijnen de opzet van het oorspronkelijke model uit 2014.

Het recyclingschema van 2017 komt sterk overeen met dat van 2014. De belangrijkste verschillen zijn:

• De hogere netto inzamelingsopbrengst;
• Een hogere complexiteit in inzamelingsystemen;
• Nieuwe stromen van afgekeurde verzamelde materialen;
• Een hogere opbrengst in de mechanische nascheiding;
• Een complexer sorteerproces;
• Meer uitgesorteerde producten;
• Een grotere hoeveelheid gewassen maalgoederen.

Alles bij elkaar laat de studie zien dat de netto recycling opbrengst tussen 2014 en 2017 van 20 + 2% naar 26 + 2% steeg. Tegelijkertijd veranderde de polymeerzuiverheid niet noemenswaardig (van 91 + 1% in 2014 naar 90 + 7% in 2017). De 37% toename in gerecycled plastic is dus niet ten koste gegaan van de zuiverheid. En dus is geen sprake van een aantoonbare kwantiteit-kwaliteit trade-off.

Wel signaleren de onderzoekers een kwantiteit-kwantiteit trade-off. De toename in de hoeveelheid gerecyclede plastics gaat namelijk gepaard met een disproportionele toename in de ingezamelde partijen PMD die worden afgekeurd en in de sorteerrest. Omdat de polymeerzuiverheid over de jaren constant is gebleven, geldt ook nog steeds dat de zuiverheidsgraad voor de meeste plastics onvoldoende blijft om een andere toekomst te vinden dan in de open loop recycling.

Publicaties die beschikbaar en vrij van copyright zijn, kunt u hier downloaden.

Brouwer, MT, Thoden van Velzen, EU, Augustinus, A, Soethoudt, H, De Meester, S & Ragaert, K. (2018a), Predictive model for the Dutch post-consumer plastic packaging recycling system and implications for the circular economy. Waste Management 71 (2018), 62-85.

Brouwer, MT, Picuno, C, Thoden van Velzen, EU, Kucha, K, H, DeMeester, S & Ragaert, K. (2018b), The impact of collection portfolio expansion on key performance indicators of the Dutch recycling system for Post-Consumer Plastic Packaging Waste, a comparison between 2014 and 2017.

Thoden van Velzen, EU, Brouwer, MT & Picuno, C (2018), Verbeteropties voor de recycling van kunststofverpakkingen: Industriële beleidsopties voor verbetering van de kwaliteit en kwantiteit van het gewassen maalgoed uit de recyclingketen voor huishoudelijke kunststofverpakkingen. Wageningen: Wageningen Food & Biobased Research, Publiek Rapport nr. 1823.

Lees hier het interview met onderzoeker Marieke Brouwer