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Schlauchbeutel

Wege zu mehr Nachhaltigkeit bei gleichbleibendem Produktschutz

Christoph Langohr ist Projektleiter Nachhaltigkeit für die Horizontale Verpackung bei Bosch Packaging Technology.
(Bild: Bosch)

Egal, ob Riegel, Kekse, Backwaren, Schokolade oder Pizza: Schlauchbeutelverpackungen schützen Produkte effektiv, sind preiswert und vielseitig einsetzbar. Seit dem Beginn der kommerziellen Nutzung von Kunststoffen in den Fünfzigerjahren wurde das Material ständig weiterentwickelt. So entstanden mehr und mehr Verbundstoffe, die die Eigenschaften verschiedener Kunststoffe vereinen und den hohen Anforderungen der Nahrungsmittelbranche gerecht werden. Folien aus Verbundstoffen bestehen aus mehreren Schichten unterschiedlicher Kunststoffarten, wie beispielweise Polyethylen (PE) und Polyethylenterephthalat (PET). Jede Schicht erfüllt dabei einen bestimmten Zweck: Die oberste Trägerschicht der Folie soll leicht zu bedrucken sein und gleichzeitig den Siegeltemperaturen standhalten können. Eine weitere Schicht dient als Barriere gegen äußere Einflüsse wie Luftfeuchtigkeit oder Wärme und sorgt für optimalen Produktschutz. Gerade bei leicht verderblichen Nahrungsmitteln ist dies essenziell, damit Produkte auf ihrem Weg zum Konsumenten nicht an Qualität verlieren. Die innerste Schicht – die Siegelschicht – ist entsprechend temperaturempfindlich, sodass sie möglichst effizient durch Wärmeeintrag gesiegelt wird.

Schlauchbeutelverpackungen schützen Riegel, Kekse und Cracker effektiv, sind preiswert und vielseitig einsetzbar. Am häufigsten wird Polypropylen (PP) verwendet.
(Bild: Bosch)

Produktschutz versus Nachhaltigkeit

Schlauchbeutel aus mehrschichtigen Verbundstofffolien sind damit wahre Alleskönner. Sie befinden sich allerdings in einem Spannungsfeld: einerseits helfen sie durch optimale Produktschutzeigenschaften dabei, Lebensmittelabfälle zu vermeiden, andererseits erzeugen sie Verpackungsmüll. Verbundfolien lassen sich kaum recyceln, da der Aufwand zum Auftrennen der Folienschichten vergleichsweise hoch ist. Hinzu kommt, dass viele Länder nicht über die nötigen Recyclingsysteme und -prozesse verfügen, beziehungsweise sich die Systeme in vielen Ländern deutlich voneinander unterscheiden. Packmittel- und Verpackungsmaschinenhersteller verfolgen daher alternative Konzepte, um Schlauchbeutel Stück für Stück nachhaltiger zu machen und gleichzeitig ihre Vorzüge hinsichtlich des Produktschutzes beizubehalten. 

Auf dem Weg zur nachhaltigen Verpackung ist die „Circular Economy“ wegweisend. Dieser Ansatz sieht vor, im Sinne der Kreislaufwirtschaft Energie- und Materialkreisläufe durch effiziente Ressourcennutzung, Recycling und Reduzierung von Abfall zu schließen. Eine fünfstufige Abfallhierarchie hilft, die Kreislaufwirtschaft konsequent auf Abfallvermeidung und Recycling auszurichten. Sie legt eine Stufenfolge aus Abfallvermeidung, Wiederverwendung, Recycling und sonstiger (unter anderem energetischer) Verwertung von Abfällen und schließlich der Abfallbeseitigung fest. Dabei hat die jeweils beste Option aus Sicht des Umweltschutzes Vorrang. 

Es gibt im Bereich Verpackung bereits Ansätze, die den Aspekten Nachhaltigkeit und Produktschutz gerecht werden. Im Fokus stehen hierbei vor allem Abfallvermeidung, aber auch die Entwicklung recyclingfähiger Materialien. 

Bei Folien aus Monomaterial kommt es auf das optimale Zusammenspiel der drei Siegelparameter an: Druck, Temperatur und Zeit. Nur wenn diese aufeinander abgestimmt sind, entsteht die perfekte Naht.
(Bild: Bosch)

Nachhaltigkeitsansatz 1: Abfallvermeidung

Die Abfallhierarchie zielt im Wesentlichen darauf ab, Abfall und damit die Verschwendung von Rohstoffen zu vermeiden. Dies kann beispielweise durch den Einsatz dünnerer Folien erzielt werden, um bereits in der Produktion Material zu sparen und langfristig Abfallmengen zu reduzieren. So wird für jede Packung weniger Kunststoff benötigt, was die Kohlenstoffdioxidbilanz und den Energieaufwand in der Packstoffproduktion maßgeblich senkt. Damit dünnere Folien bei gleichbleibenden Verarbeitungsgeschwindigkeiten verarbeitet werden können, benötigt es Maschinen, die optimal auf die Folieneigenschaften abgestimmt sind. Dank optimaler Einstellung der Rollenbreite und Abzugslänge kann der Folieneinsatz minimiert werden. Eine weitere Reduzierung von Materialaufwänden lässt sich durch schmälere Siegelnähte erzielen. Auch wenn es hier nur um wenige Millimeter Folie pro Produktverpackung geht, kann sich dies auf lange Sicht auszahlen und erhebliche Einsparungen mit sich bringen. Die Reduzierung der Rollenbreite um zwei Millimeter und der Abzugslänge um fünf Millimeter pro Packung erzeugt beispielsweise bei einer Ausbringungsrate von 200 Packungen pro Minute im 23-Stundenbetrieb auf 50 Wochen hochgerechnet eine Materialeinsparung von über 130.000 Quadratmetern – das entspricht der Fläche von 19 Fußballfeldern. Materialeinsparungen lassen sich alternativ auch durch eine Änderung des Packstils erzielen, beispielsweise bei einem Umstieg von einer Twist-Wrap- zu einer Flow-Wrap-Verpackung.  

Ebenso trägt die Effektivität der Verpackungsmaschinen zur Abfallvermeidung bei: Je höher die Prozessstabilität, desto weniger Produkte werden zu Ausschuss. Anlagen mit vertikalem Neustart sorgen ab der ersten Packung für korrekte und zuverlässige Produktqualität. So geht nach einem Stillstand der Prozess nahtlos weiter – ohne Verschwendung von Lebensmitteln und Verpackungsmaterial.

Es gibt im Bereich Verpackung bereits Ansätze, die den Aspekten Nachhaltigkeit und Produktschutz gerecht werden. Im Fokus steht hierbei die Entwicklung recyclingfähiger Materialien.
(Bild: Bosch)

Nachhaltigkeitsansatz 2: Recycling/Recovery

Beim Recycling wird Packstoff durch mechanische oder chemische Verfahren zurückgewonnen und zur Herstellung neuer Produkte verwendet. Allerdings sind nur sehr wenige Verfahren aktuell dazu in der Lage, Verbundstoffe aufzutrennen und wiederzuverwerten. Darüber hinaus dürfen Stand heute Rezyklate aus Hygienegründen nur eingeschränkt für Nahrungsmittel verwendet werden, beispielsweise als mittlere Schicht in Verbundfolien. 

Für nicht recyclingfähige Produkte bleibt in der Abfallhierarchie als letzte Option die thermische Verwertung, bei der die in Kunststoff gespeicherte Energie wieder freigesetzt und zur Wärme- oder Stromerzeugung genutzt wird. Da nur ein Teil der Energie wiederverwertet werden kann, gehen die aktuellen Entwicklungen zu alternativen Verpackungsmaterialien, die recyclingfähig sind und somit vollständig wiederverwertet werden können. Es zeichnen sich  somit zwei Richtungen ab: Verpackungen aus Papier und Folien aus Monomaterial. 

Die Reduzierung der Rollenbreite um zwei Millimeter und der Abzugslänge um fünf Millimeter pro Packung erzeugt beispielsweise bei einer Ausbringungsrate von 200 Packungen pro Minute im 23-Stundenbetrieb auf 50 Wochen hochgerechnet eine Materialeinsparung von über 130.000 Quadratmetern – das entspricht der Fläche von 19 Fußballfeldern.
(Bild: Bosch)

Folien aus Monomaterial

Folien aus Monomaterial sind vollständig recyclingfähig, da die unterschiedlichen Schichten aus derselben Kunststoffart bestehen. Für Riegel, Kekse und Cracker wird am häufigsten Polypropylen (PP) verwendet, welches, je nach Aufgabe im Packstoff, als CPP (cast polypropylene, Deutsch: ungerecktes PP) oder OPP (oriented polypropylene, Deutsch: gestrecktes PP) zum Einsatz kommt. 

Der Wechsel von Verbundstofffolien zu Folien aus Monomaterial ist nicht ohne Weiteres möglich: Monomaterial stellt vor allem im oberen Leistungsbereich hohe Anforderungen an die Siegeltechnologie. Das Siegelfenster ist viel kleiner, da die temperaturempfindliche Trägerschicht bei zu langen Siegelzeiten beschädigt wird und bei zu geringem Energieeintrag keine dichte Naht entsteht. Was bei hitzebeständigen Verbundstoffen unproblematisch ist, kann bei hitzeempfindlichen Monomaterialien dagegen sowohl zu fehlerhaften Siegelnähten als auch zur Beschädigung des Produktes führen. 

Die drei Siegelparameter Druck, Temperatur und Zeit müssen für Folien aus Monomaterial optimal aufeinander abgestimmt werden, um bei unterschiedlichen Foliengeschwindigkeiten mit konstantem Energieeintrag zu siegeln und die perfekte Naht zu schaffen. Diese technischen Herausforderungen gilt es für unterschiedliche Monomaterialien zu meistern. Das gelingt nur durch die umfangreiche Weiterentwicklung der heutigen Siegeltechnologien, um eine optimale Anpassung der Siegelwerkzeuge für die Längs- und Quernähte an die neuen Bedingungen zu erzielen. 

Papier als Alternative 

Da Papier sowohl aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wird als auch recyclingfähig und biologisch abbaubar ist, steht dieses Material bei Herstellern und Konsumenten auf der Wunschliste. Schlauchbeutel aus Papier sind als Alternative zu Kunststoffen aktuell verstärkt im Fokus. Papierverpackungen bieten außerdem den Vorteil, dass Verbraucher gleich an Optik und Haptik erkennen, dass es sich um ein nachhaltigeres Material handelt. Auf horizontalen Schlauchbeutelmaschinen kann heiß oder kalt gesiegelt werden. Die Heißsiegelung ist für Papier allerdings anspruchsvoll, da dieser Packstoff ein großer Isolator ist. Bei hohen Leistungen stellt dies eine besondere Herausforderung dar, da die Siegelung innerhalb kürzester Zeit erfolgen muss. Kaltsiegelung ist daher die gängige Option für hohe Ausbringungsmengen. Dies gewährleistet auch ohne Zufuhr von Wärme zuverlässige Siegelnähte. Den nötigen Produktschutz liefert eine sehr dünne Barriereschicht aus Kunststoff, trotz der sich das Papier über den Altpapierrecyclingstrom verwerten lässt, oder die sich je nach Zusammensetzung sogar nachweislich im Meer auflöst. 

Ob sich als Packmittel eher Papier oder Monomaterialfolien eignen, hängt stark von den Eigenschaften der Produkte und der benötigten Siegelintegrität ab: Zum Beispiel bieten sich bei unkritischen Produkten mit hohen Ausbringungsmengen Papierverpackungen mit Kaltsiegelung an. Bei empfindlichen Produkten, wie zum Beispiel Keksen, empfiehlt sich ein Kunststoff-Monomaterial mit Heißsiegelung, sofern das Produkt nicht wärmeempfindlich ist. Grundsätzlich gilt: Jedes Produkt und jeder Prozess sind anders. Es lohnt sich daher, alle Parameter und Bedingungen im Detail zu untersuchen, um sowohl Markenziele als auch Produktschutz und Nachhaltigkeit bei der Lösung zu berücksichtigen. 

Bosch arbeitet kontinuierlich daran, zukunftsfähige Ansätze weiter voranzutreiben, um Kunden schon heute erste konkrete technische Lösungen für die beiden zukunftsfähigsten Packmittel – Monomaterialfolien und Papier im hohen Leistungsbereich – zu bieten.
(Bild: Bosch)

Gerüstet für eine nachhaltigere Zukunft 

Für Nahrungsmittelproduzenten, Packmittel- und Maschinenhersteller ist es wichtig, gemeinsam daran zu arbeiten, wie sich die Eigenschaften von Produkten, nachhaltigen Materialien und Maschinen optimal aufeinander einstellen lassen. Bosch Packaging Technology testet in seinem Technikum in Beringen in der Schweiz seit vielen Jahren die unterschiedlichsten Packstoffe zusammen mit Kunden und Kooperationspartnern und optimiert seine Anlagen und die dazugehörigen Siegeltechnologien in Bezug auf die speziellen Anforderungen der verschiedenen Materialien. Das Bestreben ist, gemeinsam Wege zu mehr Nachhaltigkeit zu finden, ohne dabei Abstriche bei Produktschutz, Siegelintegrität und gewohnten Verpackungsgeschwindigkeiten zu machen. Die Entwicklungen im Bereich Nachhaltigkeit sind aktuell noch sehr dynamisch. Bosch arbeitet daher kontinuierlich daran, zukunftsfähige Ansätze weiter voranzutreiben, um Kunden schon heute erste konkrete technische Lösungen für die beiden zukunftsfähigsten Packmittel – Folien aus Monomaterial und Papier – zu bieten. Damit sind die Weichen für eine nachhaltigere Zukunft gestellt und Kunden für die Prozesse und Marktbedingungen von morgen gewappnet.

Über den Autor
Autorenbild
Christoph Langohr

Bosch Packaging Technology, Projektleiter Nachhaltigkeit Horizontale Verpackung

Über die Firma
Syntegon Technology GmbH
Waiblingen
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