Description
Description (EN): Plastics are inextricably linked to today's social model and their production is expected to quadruple by 2050. The current management of the waste generated (landfill, incineration) is neither environmentally nor economically sustainable. As no chemical recycling solution is completely up to speed at present for certain plastic waste, the marketing of a process to recreate raw materials from plastic waste is clearly a feasible alternative. This issue is particularly important for the cross-border area given the density of the companies involved. The objective of the PSYCHE project is the production of basic chemical compounds (olefins) that can be reused in the chemical industry obtained from plastic waste. The first part of the project sets out to develop and demonstrate the feasibility of an innovative technology for gasifying different plastic waste streams. In the second part of the project, the synthesis gas produced in this way is then converted into basic chemical compounds via the Fischer-Tropsch process. A technical and economic assessment is carried out in combination with an environmental analysis using life cycle assessment. The project addresses the issue of chemical recycling of plastic waste.
Finally, the PSYCHE project also aims to respond to the challenges of mobility and training of young researchers.
Read more Description (FR): Les plastiques font partie intégrante du modèle de société actuel et leur production devrait quadrupler d'ici à 2050. La gestion actuelle des déchets engendrés (enfouissement, incinération) n’est tenable ni du point de vue environnemental ni du point de vue économique. Aucune voie de recyclage chimique n’étant complètement mature à l’heure actuelle pour certains déchets plastiques, la commercialisation d’un procédé permettant de recréer des matières premières à partir de déchets plastiques est clairement envisageable. Cette question est particulièrement importante pour la zone transfrontalière au vu de la densité des entreprises concernées. L’objectif du projet PSYCHE est la production de composés chimiques de base (oléfines) pouvant être réutilisés dans l’industrie chimique à partir de déchets plastiques. Une première partie du projet vise à développer et démontrer la faisabilité d’une technologie innovante pour gazéifier différents flux de déchets plastiques. Le gaz de synthèse ainsi produit est alors converti en composés chimiques de base via le procédé Fischer-Tropsch dans la seconde partie du projet. Une évaluation technico-économique en combinaison avec une analyse environnementale au moyen de l'évaluation du cycle de vie est exécutée. Le projet traite de la question du recyclage chimique de déchets plastiques.
Finalement, le projet PSYCHE vise aussi à répondre aux défis de la mobilité et de la formation des jeunes chercheurs.
Read more Description (NL): Plastics maken integraal deel uit van het hedendaagse maatschappijmodel. Men verwacht dat de plasticproductie tegen 2050 zal verviervoudigen. Het huidige beheer van het geproduceerde afval (begraving, verbranding) is niet houdbaar, noch voor het milieu, noch economisch. Aangezien er voor bepaalde soorten plasticafval nog geen enkel volledig voldragen chemisch recyclageproces bestaat, is de commercialisering van een procedé dat het mogelijk maakt om grondstoffen te fabriceren uit plasticafval duidelijk het overwegen waard. Dit thema is voor de grenszone des te belangrijker gezien de dichtheid van de betrokken ondernemingen. Het doel van het project PSYCHE is de productie uit plasticafval van chemische basisverbindingen (olefinen) die in de chemische industrie kunnen worden hergebruikt. Een eerste deel van het project is gericht op het ontwikkelen en aantonen van de haalbaarheid van een innovatieve technologie om verschillende stromen plasticafval te vergassen. In het tweede deel van het project wordt het geproduceerde synthesegas via het Fischer-Tropsch procedé omgezet in chemische basisverbindingen. Er wordt een technisch-economische evaluatie uitgevoerd in combinatie met een milieuanalyse die de levenscyclus evalueert. Het project draait om de chemische recyclage van plasticafval.
Tot slot wil het project PSYCHE ook een antwoord bieden op de uitdagingen van de mobiliteit en de opleiding van jonge onderzoekers.
Read more Achievements (EN): The PSYCHE project aims at the production of basic molecules necessary for chemistry (olefins) usable by the chemical industry, from plastic waste. An economic technical analysis and an assessment of the sustainability of the sector will also be carried out. In the first part of the project (WP3), the value of innovative gasification technology for different plastic waste streams will be demonstrated. At UGent (LCPE), various physical and chemical methods have been studied for the pre-treatment of plastic waste in order to expand the recycling options. These methods have been evaluated for the elimination of different types of heterogeneous substances such as additives, pigments and glues, inter alia, with the aim of delivering a raw material for thermochemical recycling as clean as possible. An in-depth review of the literature was conducted at the UGent (LCT). It is being revised in order to be submitted for publication. Plastic waste gasification modelling and simulation was started by creating a 1D model to validate the kinetic model available in the OpenFOAM simulation platform. This was done for TGA tests on different solid fuels, such as biomass and plastics. A non-reactive 3D model has been created and is being validated using experimental data (speed profiles obtained by particle image velocity measurements (PIV) measurements). A 2D reactive model was created and started for biomass gasification. It is currently being modified for pyrolysis and gasification of plastics. To validate the simulation results, the Vortex reactor installed at the LCT was modified and the analytical part improved. It is currently adapted to follow the pyrolysis and gasification tests of plastics. At UCLouvain, the pyrolysis of plastic tastes dispersed in a vortex chamber, is studied experimentally using dry evaporation and water tests. The ability to implement gas-solid separation (ash/tank residue) is also investigated. To quantify the added value of the vortex chamber, the pyrolysis of plastics in conventional units (wash towers and continuous agitation tank reactor (CSTR)) is simulated using heterogeneous 1D models. The simulation will identify the main limitations of these configurations. The second part of the project (WP4) aims at the catalytic conversion of syngas obtained into basic chemical molecules via a Fischer-Tropsch process. The work carried out at CERTECH forms the link between gasification (UGent/UCL) and FT synthesis (UCCS/UGent). The purification objectives were determined in collaboration with UGent and UCS. Based on the list of various existing contaminants in gasification proceeds and established in collaboration with the UGent, the first contaminants to be investigated at CERTECH are H2S, COS,NH3, HCl, toluene and benzene. Certech has already carried out experimental tests of abatement of H2S, COS and NH3 using aqueous solution absorption processes at the laboratory scale. H2S and COS abatement trials were conducted with activated coal supplied by Chemviron Carbon. Two types of charcoal specific for the adsorption of sulphur compounds were tested, one capable of working in the absence of oxygen and the second in the presence of oxygen. The influence of temperature has been investigated on activated coals. A positive influence was observed for the elimination of COS. They were also tested on a mixture of VOCs. In addition to activated carbons, Certech tested aqueous amine solutions and basic sodium chloroacetate solution. In addition to cold processing techniques, Certech was interested in the treatment of sulphur compounds with high-temperature zinc ferrites. At UCCS, different iron-based catalysts supported on silica or zirconia were synthesised, allowing the study of the influence of different promoters (mobile metals and alkaline metals) and different reaction conditions. The main objective of this project is the development of new catalysts and processes for the direct conversion of synthetic gas (syngas) into light olefins under moderate reaction conditions (P = 1 to 5 bar). The process and catalysts will be optimised for the synthetic gas obtained by gasification of plastics using a multiscale approach that begins with catalyst design, optimisation, catalytic testing, transient experiments (SSITKA), and modelling of active sites derived from microkinetics. UGent’s kinetic modeling techniques and machine learning approach provide unique insights to support the development of a new high-performance catalyst. The SEMK (Single Event MicroKinetics) code, developed internally, to simulate the Fischer Tropsch reaction based on cobalt catalysts was used to evaluate the performance (conversion and selectivity) of iron-based catalysts developed by UCCS. The unique event model was used to analyse the impact of chemical adsorption enthalpy of atoms on reaction kinetics. In particular, neural networks were used as a machine learning methodology, in addition to single event microkinetic simulations (SEMK), effects of operating conditions on catalytic performance In this regard, the interpretationability of the ML model was analysed. The effects of operating conditions on selectivity of light olefins are analysed by SEMK. This is followed by comparing different machine learning methods in its predictability with SMEK. The extent to which machine learning models are able to identify the main trends (nonlinear conversion/selectivity according to process variables) in chemical kinetic data is studied. An industrial advisory board was also set up for the project, consisting of Indaver, Suez, Galloo, Comet Treatments, Unilin, Recticel, Dow, Total Feluy, AVGI, Engie, Ematco and Ostend Basic Chemicals, Fost Plus, ArcelorMittal, Tivaco, Bonduele and TELENE SAS. Other companies can still join the advisory board. A kick-off meeting was held with the Industrial Advisory Board on 25 September 2019, during which a first introduction to the project was given. Since then, a consortium meeting has been held every 6 months in the presence of the Advisory Committee. A total of 5 meetings have already taken place with the Advisory Board (including one kick-off meeting). At these consortium meetings, Advisory Board members and associated partners receive substantive information about the project and have the opportunity to have a discussion with the project partners. As part of the project, an annual workshop is organised on the various main themes to which a broad industrial audience (including members of the Advisory Board) is invited. The intention is to make the project known to industry on the one hand and to have a valuable addition from the industry based on their practical knowledge of the scientific framework of the workshops on the other hand. A first workshop on “Plastic Waste Treatment” took place on 8 May 2019 in Gosselies during the Greenwin International Conferences Green Chemistry — White Biotechnology. A total of 39 participants took part in the workshop from 3 different programme areas or even beyond. A second workshop on “Gasification and technology of vortex chambers” took place on May 14, 2020 via Microsoft Teams. A total of 95 participants participated in the workshop. A third workshop on “Synthetic Gas Purification” took place on 10 May 2021, also via Microsoft Teams. A total of 86 participants took part in the workshop. As part of the project, a series of two invited conferences is also organised annually for all interested researchers from the different project partners. A first series of guest lectures (insured by a person outside the university), one on Fischer-Tropsch synthesis (Andrei Khodakov, UCCS), the other on gasification (Juray De Wilde, UCL), were organised on 14 May 2019 at the University of Ghent. A second series of invited conferences was organised on May 28, 2020 via Microsoft Teams on synthetic gas purification (Lilia Ben Mustapha, Certech) and on vortex reactor technology (Kevin Van Geem, UGent). A third series of conferences was organised on May 27, 2021 via Microsoft Teams on Fischer-Tropsch synthesis (Mirella Virginie, UCCS) and gasification (Juray De Wilde, UCL). The last two series of conferences are available on the PSYCHE website as webinars and are also available as YouTube videos. Website: www.psycheplastics.eu
Read more Achievements (FR): Le projet PSYCHE a pour objectif la production de molécules de base nécessaires à la chimie (oléfines) utilisable par l'industrie chimique, à partir de déchets plastiques. Une analyse technico économique et une évaluation de la durabilité de la filière seront également réalisées. Lors de la première partie du projet (WP3), l'intérêt d'une technologie innovante de gazéification de différents flux de déchets plastiques sera démontré. A UGent (LCPE), différentes méthodes physiques et chimiques ont été étudiées pour le prétraitement des déchets plastiques afin d'élargir les options de leur recyclage. Ces méthodes ont été évaluées pour l'élimination de différents types de substances hétérogènes tel que les additifs, les pigments et les colles entre autres dans le but de délivrer une matière première pour le recyclage thermochimique aussi propre que possible. Une revue approfondie de la littérature a été réalisée à l’UGent (LCT). Celle-ci est en cours de révision afin d’être soumise pour publication. La modélisation et la simulation de gazéification des déchets plastiques ont été démarrées en créant un modèle 1D afin de valider le modèle cinétique disponible dans la plate-forme de simulation OpenFOAM. Ceci a été réalisé pour des essais de TGA pratiqués sur différents combustibles solides, tels que de la biomasse et des plastiques. Un modèle non réactif en 3D a été créé et est en cours de validation à l’aide de données expérimentales (profils de vitesses obtenus par des mesures de vélocimétrie par image de particules (PIV)). Un modèle réactif 2D a été créé et démarré pour la gazéification de biomasse. Celui-ci est actuellement modifié pour la pyrolyse et gazéification de plastiques. Pour valider les résultats de simulation, le réacteur Vortex mis en place au LCT a été modifié et la partie analytique a été améliorée. Celui-ci est actuellement adapté pour suivre les essais de pyrolyse et de gazéification de plastiques. A l’UCLouvain, la pyrolyse de goutelletes de plastiques dispersées dans une chambre vortex, est étudiée expérimentalement en utilisant des tests d’évaporation à sec et d’eau. La capacité à mettre en œuvre la séparation gaz-solides (cendres/résidus de char) est également investiguée. Pour quantifier la plus-value de la chambre vortex, la pyrolyse de plastiques dans des unités conventionnelles (tours de lavage et réacteur à réservoir à agitation continue (CSTR)) est simulée en utilisant des modèles 1D hétérogènes. La simulation permettra d’identifier les principales limitations de ces configurations. La seconde partie du projet (WP4) vise à la conversion catalytique du syngaz obtenu en molecules chimiques de base via un procédé Fischer-Tropsch. Le travail réalisé à CERTECH forme le lien entre les travaux de gazéification (UGent/UCL) et de synthèse FT (UCCS/UGent). Les objectifs de purification ont été déterminés en collaboration avec UGent et l'UCCS. En se basant sur la liste des différents contaminants existants dans les proceeds de gazéification et établi en collaboration avec l'UGent, les premiers contaminants à être investigués chez CERTECH sont H2S, COS,NH3, HCl, toluène et benzène. CERTECH a déjà réalisé des tests expérimentaux d'abattement de H2S, COS et NH3 par des procédés d'absorption en solution aqueuse à l'échelle laboratoire. Des essais d’abattement du H2S et COS ont été menés avec des charbons actifs fournis par la société Chemviron Carbon. Deux types de charbons spécifiques pour l’adsorption des composés soufrés ont été testés, l’un pouvant travailler en absence d’oxygène et le second en présence d’oxygène. L’influence de la température a été investiguée sur les charbons actifs. Une influence positive a été observée pour l’élimination de COS. Ils ont également été testés sur un mélange de COV. A côté des charbons actifs, Certech a testé des solutions aqueuses d’amines et solution basique de chloroacétate de sodium. A côté des techniques de traitement à froid, Certech s’est intéressé au traitement des composés soufrés par des ferrites de zinc à haute température. A l'UCCS, différents catalyseurs à base de fer supporté sur de la silice ou de la zircone ont été synthétisés ce qui permet l'étude de l'influence de différents promoteurs (métaux mobiles et métaux alcalins) et de différentes conditions de réaction. Le principal objectif de ce projet est le développement de nouveaux catalyseurs et procédés pour la conversion directe du gaz de synthèse (syngas) en oléfines légères sous conditions modérées de réaction (P = 1 à 5 bar). Le procédé et les catalyseurs seront optimisés pour le gaz de synthèse obtenu par la gazéification de plastiques utilisant une approche multi échelles qui commence par le design des catalyseurs, leur optimisation, les tests catalytiques, les expériences transitoires (SSITKA), et la modélisation des sites actifs déduit de la micro-cinétique. Les techniques de modélisation cinétique et l'approche de l'apprentissage automatique d'UGent procurent des informations uniques pour supporter le développement de nouveau catalyseur à haute performance. Le code SEMK (Single Event MicroKinetics), développé en interne, pour simuler la réaction Fischer Tropsch à base de catalyseurs de cobalt a été utilisé pour évaluer les performances (conversion et sélectivité) des catalyseurs à base de fer développé par UCCS. Le modèle d'évènement unique a été utilisé pour analyser l'impact de l'enthalpie d'adsorption chimique des atomes sur les cinétiques de reaction. Plus particulièrement, les réseaux neuronaux ont été utilisés comme méthodologie d’apprentissage automatique, en complément des simulations microcinétiques à évènement unique (SEMK), des effets des conditions opératoires sur les performances catalytiques A cet égard, l’interprétabilité du modèle ML a été analysée. Les effets des conditions opératoires sur la sélectivité des oléfines légères est analysée par SEMK. Ceci est suivi par comparaison de différentes méthodes d’apprentissage automatique dans sa capacité de prédiction avec SMEK. L’étendue avec laquelle les modèles d’apprentissage automatique sont capables d’identifier les principales tendances (conversion non linéaire/sélectivité en fonction des variables du procédé) dans les données de cinétique chimique est étudiée. Un conseil consultatif industriel a également été mis en place pour le projet, composé des sociétés Indaver, Suez, Galloo, Comet Traitements, Unilin, Recticel, Dow, Total Feluy, AVGI, Engie, Ematco et Ostend Basic Chemicals, Fost Plus, ArcelorMittal, Tivaco, Bonduele et Telene SAS. D'autres entreprises peuvent encore rejoindre le conseil consultatif. Une réunion de lancement a eu lieu avec le conseil consultatif industriel le 25 septembre 2019, au cours de laquelle une première introduction au projet a été donnée. Depuis, une réunion du consortium a lieu tous les 6 mois en présence du comité consultatif. Au total, 5 réunions ont déjà eu lieu avec le conseil consultatif (dont une réunion de lancement). A ces réunions du consortium, les membres du conseil consultatif et les partenaires associés reçoivent des informations de fond concernant le projet et ont la possibilité d'avoir une discussion avec les partenaires du projet. Dans le cadre du projet, un atelier annuel est organisé sur les différents thèmes principaux auxquels un large public industriel (y compris les membres du conseil consultatif) est invité. L'intention est de faire connaître le projet à l'industrie d'une part et d'avoir un ajout précieux de l'industrie basé sur leurs connaissances pratiques du cadre scientifique des ateliers d'autre part. Un premier atelier sur le thème «Traitement des déchets plastiques» a eu lieu le 8 mai 2019 à Gosselies lors des «Greenwin International Conferences Green Chemistry - White Biotechnology». Au total, 39 participants ont pris part à l'atelier provenant des 3 domaines de programme différents ou même au-delà. Un deuxième atelier sur «Gazéification et technologie des chambres vortex» a eu lieu le 14 mai 2020 via Microsoft Teams. Au total, 95 participants ont pris part à cet atelier. Un troisième atelier sur le thème «Purification du gaz de synthèse» a eu lieu le 10 mai 2021, également via Microsoft Teams. Au total, 86 participants ont pris part à cet atelier. Dans le cadre du project, une série de deux conférences invitées est également organisée chaque année pour tous les chercheurs intéressés des différents partenaires du projet. Une première série de conférences invitées (assurée par une personne extérieure à l'université), une sur la synthèse Fischer-Tropsch (Andrei Khodakov, UCCS), l'autre sur la gazéification (Juray De Wilde, UCL), ont été organisées le 14 mai 2019 à l'Université de Gand. Une deuxième série de conferences invitees a été organisée le 28 mai 2020 via Microsoft Teams sur la purification des gaz de synthèse (Lilia Ben Mustapha, Certech) et sur la technologie des réacteurs vortex (Kevin Van Geem, UGent). Une troisième série de conferences invtées a été organisée le 27 mai 2021 via Microsoft Teams sur la synthèse Fischer-Tropsch (Mirella Virginie, UCCS) et sur la gazéification (Juray De Wilde, UCL). Ces deux dernières series de conférences sont disponibles sur le site internet du projet PSYCHE en tant que webinaires et sont également disponibles sous forme de vidéos Youtube. Site web: www.psycheplastics.eu
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Website: http://www.interreg-fwvl.eu/fr/
Expected Results (EN): It is expected that the project will strengthen cooperation between the five complementary partners and pave the way for new collaborations in the future, through regular contacts.
Expected Results (FR): Il est attendu que le projet renforce la coopération entre les cinq partenaires complémentaires et ouvre la voie à de nouvelles collaborations par la suite, grâce à des contacts réguliers.
Expected Results (NL): Men verwacht dat het project de samenwerking tussen de vijf complementaire partners versterkt en de weg vrijmaakt voor nieuwe samenwerkingen op basis van regelmatige contacten.
Expected Outputs (EN): The project will ensure the strategic positioning of the cross-border industrial fabric in Europe in the medium and long term. It sets out to reach about 150 companies in the plastics and chemicals sector and then to involve 15 other companies during the second part of the project. Eight of them will be involved as members of the Advisory Board. On the supply side, the project will create new products for at least 4 companies, and partnerships with Total and Ineos are also in the pipeline. On the demand side, while no new products are created, a more sustainable material with a lower carbon footprint will be offered as an alternative to existing products.
Read more Expected Outputs (FR): Le projet permettra d’assurer le positionnement stratégique en Europe, à moyen et long termes, du tissu industriel transfrontalier. Il vise à atteindre environ 150 entreprises dans le secteur du plastique et de la chimie puis à impliquer 15 autres entreprises pendant la deuxième partie du projet. Huit d'entre elles seront impliquées comme membres du conseil consultatif. Du côté de l'offre, le projet créera de nouveaux produits pour au moins 4 entreprises, des partenariats avec Total et Ineos sont en outre attendus. Du côté de la demande, si aucun nouveau produit ne sera créé, un matériau plus durable et à l'empreinte carbone plus faible sera proposé comme alternative aux produits existants.
Read more Expected Outputs (NL): Het project zal het ook mogelijk maken de strategische positie van het grensoverschrijdende industrieweefsel in Europa te verzekeren op middellange en lange termijn. Het wil ongeveer 150 ondernemingen van de plastic- en de chemiesector bereiken en 15 bijkomende ondernemingen betrekken bij de tweede deel van het project. Acht hiervan zullen deelnemen als leden van de adviesraad. Wat het aanbod betreft, zal het project nieuwe producten voor minstens vier ondernemingen creëren en worden ook partnerschappen met Total en Ineos verwacht. Wat de vraag betreft, zal – indien geen enkel nieuw product wordt gecreëerd – een duurzamer materiaal met een lagere koolstofvoetafdruk worden voorgesteld als alternatief voor de bestaande producten.
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