Polymeren beter recyclebaar maken: machine learning helpt speld in hooiberg vinden

Polymeren zijn overal in ons dagelijks leven, van auto’s tot mobiele telefoons. Maar dit wijdverspreide gebruik heeft een prijs. Slechts 9% van alle polymeren wordt gerecycled. Dat moet snel verbeteren, zegt Sid Kumar, universitair hoofddocent bij de TU Delft. Met machine learning zoekt en ontwerpt hij polymeren die makkelijker te recyclen zijn, om zo een stap te zetten richting een duurzamere toekomst.

De meeste polymeren zijn lastig te recyclen door hun chemische structuur. Maar wat als je die structuur kunt aanpassen, zodat ze nog steeds sterk en stevig zijn, maar tegelijkertijd beter recyclebaar? Het probleem, legt Kumar uit, is dat er oneindig veel mogelijkheden zijn.

De eigenschappen van metalen hangen heel erg af van hoe ze worden bewerkt, zoals hoe ze verhit, afgekoeld of vervormd worden. Met machine learning kunnen we die processen optimaliseren, zodat metalen duurzamer worden en beter te recyclen zijn.

Ze hebben een geavanceerd algoritme ontwikkeld dat met verrassend weinig gegevens aan de slag kan om nieuwe polymeren te ontdekken. Bovendien hebben ze ervoor gezorgd dat het algoritme begrijpelijk is, zodat wetenschappers beter kunnen samenwerken met de AI en begrijpen hoe die tot een resultaat komt.

Het team uit Delft heeft hun algoritme getest op vitrimeren, een nieuwe soort polymeren die zichzelf kunnen herstellen. Vitrimeren zijn duurzame en recyclebare polymeren en bieden een veelbelovende oplossing voor plastic afval. Deze polymeren kunnen zichzelf herstellen wanneer ze worden verhit, dankzij hun unieke moleculaire bindingen.

Er zijn alleen nog niet veel commercieel beschikbare vitrimeren door het tekort aan geschikte moleculaire bouwstenen, wat hun zelfherstellende eigenschappen en bredere toepassingen in de weg zit. Het team van Kumar wil ervoor zorgen dat vitrimeren bruikbaarder worden en stelde een makkelijk haalbare doeltemperatuur voor zelfherstel vast en gebruikte hun algoritme om veelbelovende moleculaire kandidaten te vinden. Wat normaal gesproken jaren kan duren—of onmogelijk zou zijn gebleven—werd nu binnen enkele dagen bereikt.

Deze studie, uitgevoerd in samenwerking met onderzoekers van de University of Washington en Microsoft, kent al praktische toepassingen. Zij hebben deze vitrimeren verwerkt in recyclebare printplaten, een innovatie die belangrijk kan zijn voor de hightech industrie. De verwachting is dat recyclebare polymeren, door plastic producten langer mee te laten gaan en reparaties makkelijker te maken, de jaarlijkse productie van 430 miljoen ton plastic flink kunnen verminderen en economische verliezen door het vervangen van beschadigde onderdelen kunnen beperken.