Elk jaar wordt alleen al binnen de EU meer dan zestig miljoen ton plastic weggegooid, waarvan nog maar zo’n vijf procent wordt gerecycled. Dat komt onder meer doordat de afvalberg is opgebouwd uit allerlei soorten plastic - als mengsel slechts geschikt voor hergebruik in relatief eenvoudige voorwerpen, zoals tuinbankjes en hectometerpaaltjes. Als je echter de veelgebruikte plastics polypropyleen, polyethyleen, polystyreen en polyethyleentereftalaat (beter bekend als PET) kunt scheiden, is het mogelijk - en economisch interessant - om daar hoogwaardig gerecycled plastic van te maken.

En dat is precies wat gebeurt in de magische magneetbaden van Umincorp, vertelt Rik Dellaert. Het recyclingbedrijf gebruikt daarvoor een unieke techniek, magnetic density separation genaamd, die bedacht is aan de TU Delft. “De plasticdeeltjes worden door een bad met magnetische vloeistof geleid. Dat bad staat in een magneetveld, dat bij de bodem een veldsterkte heeft van ongeveer een tesla.” Dat magneetveld neemt af naarmate je hoger komt, waardoor ook de zogeheten schijnbare massadichtheid van de magnetische vloeistof het hoogst is op de bodem van het bad.

Centrifuge

“De plasticdeeltjes komen daardoor op een hoogte te drijven die overeenkomt met hun eigen massadichtheid”, legt de Zeeuws-Vlaamse promovendus uit. Omdat elk type plastic een verschillende massadichtheid heeft, kunnen zo bij de uitlaat van het bad de vloeistofstromen met de verschillende soorten plastic eenvoudig van elkaar worden gescheiden (zie ook de afbeelding hieronder). “Vervolgens wordt het plastic met een centrifuge uit de magnetische vloeistof gehaald, zodat beide kunnen worden hergebruikt.”

Lees verder onder de afbeelding

Turbulentie en botsingen

Twee dingen kunnen er echter voor zorgen dat de scheidingsmachine niet optimaal werkt: turbulentie in de magnetische vloeistof en botsingen tussen de plasticdeeltjes. Dellaert onderzocht beide processen in de onderzoeksgroep Fluids and Flows van faculteit Applied Physics. “Je wilt natuurlijk het plastic zo snel mogelijk door de machine laten bewegen, maar dat kan turbulentie veroorzaken, waardoor de deeltjes juist weer mengen. En ook botsingen tussen plasticdeeltjes die naar boven of beneden bewegen kunnen het scheidingsproces vertragen.”

Om het turbulentieprobleem aan te pakken, keek hij naar het effect van diverse zogeheten laminatoren, waar de magneetvloeistof nabij de inlaat doorheen wordt geleid. “Het zijn een soort langgerekte honingraatstructuren, waarmee het ware een stromingsprofiel aan de vloeistofstroom wordt opgelegd”, legt Dellaert uit (zie ook de foto hieronder). “Zo blijk je ervoor te kunnen zorgen dat je een piek krijgt in de turbulentie op enkele centimeters van de laminator, waarna die turbulentie snel weer inzakt en je in de rest van het bad gunstige omstandigheden creëert voor het scheidingsproces.”

Lees verder onder de foto

Mini-windtunnel

Opvallend genoeg deed de promovendus die turbulentiemetingen niet in een groot bad met magnetische vloeistof, maar in een piepkleine, zelfgebouwde windtunnel van vijf bij zeven centimeter. Zo werkt dat in de vloeistofdynamica, legt hij uit. “Je kunt stromingen op verschillende schalen, zowel in vloeistoffen als gassen, prima met elkaar vergelijken zolang het zogeheten Reynoldsgetal maar hetzelfde is.”

De miniwindtunnel blies Dellaert vol met mistdruppeltjes, waarvan hij de bewegingen volgde met verschillende lasertechnieken: laser Doppler velocimetry om heel nauwkeurig de snelheid van druppeltjes te meten en particle image velocimetry om in twee dimensies gelijktijdig de bewegingen van veel druppels tegelijk te volgen.

Uiteindelijk deed hij ook nog experimenten in een vloeistoftunnel: namelijk om het vertragende effect van botsingen tussen plasticdeeltjes van verschillende dichtheden te analyseren. Daarvoor gebruikte hij een derde techniek: particle tracking velocimetry, waarmee individuele deeltjes in drie dimensies gevolgd kunnen worden.

Lees verder onder de video

Twintig studenten

“Met particle image velocimetry had ik tijdens mijn afstuderen in de SMM-groep bij Scheikundige Technologie al leren werken; vandaar dat ik op deze promotieplek uitkwam”, verklaart Dellaert zijn switch van scheikunde naar natuurkunde. Voor een promovendus heeft hij overigens een bijzondere onderwijsloopbaan achter de rug: die begon hij ooit op het vmbo in zijn geboorteplaats Oostburg in Zeeuws-Vlaanderen. “Daar was ik zelfs geen uitblinker; ik haalde zessen en zevens.” Toch werkte hij zich op via het mbo in Terneuzen en hbo in Breda (Avans, Chemische Technologie) en behaalde in 2016 zijn masterdiploma aan de TU/e.

En nu dus een promotie. Mede op basis van zijn bevindingen - en die van onder meer collega-promovendus Sina Tajfirooz van Mechanical Engineering - heeft Umincorp zijn de scheidingstechniek volgens Dellaert toch zeker enkele tientallen procenten efficiënter weten te maken. “Het is allemaal perfect gelopen; mijn proefschrift is af en het bedrijf kan ook echt iets met de resultaten. En ik heb ook nog eens twintig studenten mogen begeleiden; wat ook wel aangeeft hoe aansprekend dit project wordt gevonden.”