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Nachhaltiges Verpackungsdesign – ein Widerspruch?

Das »Trinkhalmverbot« ist nur eines der aktuellen Beispiele für die Reduzierung von Kunststoffen.
Das „Trinkhalmverbot“ ist nur eines der aktuellen Beispiele für die Reduzierung von Kunststoffen.
(Bild: Fraunhofer IGCV)

Kunststoff ist und bleibt ein hervorragendes Verpackungsmaterial. Allerdings fordern Verbraucher nicht nur individuelle, sondern auch nachhaltige und ökologische Verpackungen mit einem „grünen Touch“. Gängige Kunststoffverpackungen weisen dabei zwei Nachteile auf: Kunststoffverpackungen werden nicht als nachhaltig wahrgenommen, und Kunststoffverpackungen sind bezüglich Energie- und Ressourcenverbrauch oft noch nicht optimiert.

Daher beginnen führende Unternehmen mit der erfolgreichen Entwicklung von nachhaltigen Verpackungslösungen. Dazu zählen Getränkeflaschen, die vollständig aus recyceltem PET bestehen, komplett recycelbare Packs für Waschmittel aus HDPE oder biologisch abbaubare Folien aus PLA.

Schutzfunktion wichtigstes Kriterium

Erste Priorität aller Kunststoffverpackungen ist die Gewährleistung der notwendigen Verpackungsfunktion, besonders der Schutz der verpackten Produkte. Dieser wird durch verschiedene Faktoren, wie dem verwendeten Kunststoff, beeinflusst. Nicht jeder Kunststoff ist dabei für alle Verpackungsanlagen gleichermaßen geeignet. Neue Verbundstoffe, Rezyklate oder Biokunststoffe können eine Anpassung des Verpackungsprozesses in Zukunft notwendig machen. Nach dem aktuellen Plastikatlas 2019 werden zwar 39 Prozent der Post-Consumer-Abfälle aus Kunststoff der stofflichen Verwertung zugeführt. Doch nur 16 Prozent des Kunststoffs gelangen als Rezyklat zurück in den Rohstoffkreislauf. Deshalb steigen ab dem 1.1.2019 und dann wieder nach dem 1.1.2022 die Anforderungen an das Recycling von Verpackungen. Beispielsweise müssen die Recyclingquoten von Kunststoffen bei einem mechanischen Recycling auf bis zu 63 Prozent steigen. Bei Verbundverpackungen mit Mehrschichtfolien muss zukünftig bis zu 70 Prozent recycelt werden.

Besonders für hochfunktionale Mehrschichtfolien bedeutet dies ein Umdenken, da die Folien aus vielen unterschiedlichen Materialien kaschiert sein können. Typische Schichtkomponenten sind beispielsweise PP als Druckträgerfolie, Aluminiumfolie als Barrierefilm und PE als Siegelfolie. Dieser Verbund ist nur unter großem Aufwand zu recyceln, sodass nachhaltige Alternativen gefragt sind. Im Lebenszyklus bedeutet das, bereits bei der Gestaltung der Verpackung die Verarbeitbarkeit und die Recyclingfähigkeit am Ende der Lebensdauer zu bedenken.

Gewährleistung der Verarbeitbarkeit

Die zentrale Herausforderung bei der Auslegung nachhaltiger und hochfunktionaler Mehrschichtfolien ist die Gewährleistung der Verarbeitbarkeit. „Beispielsweise besitzt jeder Kunststoff charakteristische Siegeleigenschaften“, so Martin Brugger vom Fraunhofer IGCV. Diese sind abhängig von der Materialart, der Materialkombination in Mehrschichtfolien oder der Schichtdicke. 

Je nach gewünschter Festigkeit und Stärke der Siegelnaht werden in einem bewährten Verfahren geeignete Parameter ermittelt. Der Vorteil: Durch einen individuell abgestimmten Siegelprozess lassen sich kürzere Taktzeiten bei reduziertem Energieaufwand erzielen. Das bietet insbesondere für neue Biokunststoffe Potenzial, da hier noch kaum Erfahrungswerte in der Verarbeitung vorliegen.

Bio ist nicht gleich nachhaltig

Dabei sind sogenannte Biokunststoffe nicht per se nachhaltig. Das Präfix „bio“ bedeutet lediglich, dass einzelne Bestandteile des Kunststoffs entweder aus natürlichen Materialien gewonnen wurden oder sich unter bestimmten Bedingungen zu CO₂ und Wasser zersetzen. Die wichtigsten Rohstofflieferanten für Biopolymere sind Holz, Getreidepflanzen, Kartoffeln, Zuckerrohr und -rüben sowie Ölpflanzen. Die biologische Zersetzung von Kunststoffen ist dabei nicht unbedingt besser als die thermische Verwertung. Energetisch wie ökologisch ist die Wärmerückgewinnung einer Kompostierung von biologisch abbaubaren und nicht weiter rezyklierbaren Kunststoffen vorzuziehen.

Für eine nachhaltigere werkstoffliche Verwertung muss der Kunststoff jedoch im Rohstoffkreislauf bleiben. So können aus hochwertigen Ausgangsmaterialien neue Verpackungen hergestellt werden, die wiederum zu 100 Prozent recycelbar sind. Noch nachhaltiger ist die Wiederverwendung der gesamten Verpackung. Eine Wiederverwendung beispielsweise der PET-Flasche ist der Zerkleinerung und erneuten Extrusion vorzuziehen, da sich Kunststoffe nur für eine begrenzte Anzahl an Recyclingzyklen eignen.

 

Lebenszyklus einer Verpackung.
Lebenszyklus einer Verpackung.
(Bild: Fraunhofer IGCV)

Nachhaltiges Verpackungsdesign

Ein nachhaltiges Verpackungsdesign erfordert bereits vor Beginn der Herstellung von Verpackungen ein Umdenken. Hier gibt es drei grundlegende Arten einer nachhaltigen Verpackung, die die Kosten direkt beeinflussen: 

Reduktion des Verpackungsmaterials durch geeignete Verpackungsarten: So kann ein Flowpack im Vergleich zu Dosen oder Flaschen leicht zwei Drittel der verpackungsbedingten CO₂-Emissionen einsparen. Hierbei ist nicht nur die Materialeinsparung, sondern insbesondere eine kreative, natürliche Präsentation des Produkts wichtig.

Reduktion der Materialvielfalt durch geeignete Selektionswerkzeuge: Materialkombinationen sind akzeptabel, wenn im Nachgang eine saubere Trennung der Kunststoffe möglich ist. Die Qualität der Verpackung kann mit einer neuen Barriereschicht steigen, die gleichzeitig mit dem Material der Trägerfolie recycelt werden kann.

Reduktion der erdölbasierten Kunststoffe durch überlegte Materialauswahl: Aus Rohstoffresten gewonnene Stärke kann ausgezeichnete Barriere- oder andere funktionale Eigenschaften aufweisen. Doch nicht für alle Anwendungen werden die gleichen Eigenschaften benötigt, sodass biobasierte, nicht fermentierte Materialien aufgrund ihrer geringeren Bearbeitung finanzielle Vorteile bieten können.

Abhängig von den angestrebten Potenzialen einer Verpackung sind Kenntnisse über die spezifischen Kunststoffeigenschaften notwendig. Dazu wurden am Fraunhofer IGCV umfangreiche Recherchen durchgeführt und eine große Anzahl an verfügbaren Materialien charakterisiert, um je nach Anwendung eine geeignete Materialauswahl zu treffen. Dies ist entscheidend, da je nach optischen oder haptischen Merkmalen Verpackungen das Markenimage und die Kaufentscheidung der Verbraucher maßgeblich beeinflussen können. Eine wichtige, doch noch kaum bekannte Unterstützung bietet hierbei die eindeutige Kennzeichnung von Verpackungen.

Kennzeichnung wichtig

Der Zertifizierungsprozess basiert auf relevanten Standards, beispielsweise für die Definition der Abbaubarkeit. Die Abbaubarkeit oder Kompostierbarkeit von Bioverpackungen ist in der Europäischen Norm EN 13432/EN 14995: 2006 geregelt. Neben dieser Norm definieren ASTM D6866, ISO Standard Aerobic Biodegradability und ISO 17088 die biologische Abbaubarkeit. Die wichtigste Voraussetzung für die Erlangung der Norm EN 13432 ist, dass mindestens 90 Prozent des organischen Materials im wässrigen Medium innerhalb von sechs Monaten zu CO₂ umgewandelt werden. Darüber hinaus dürfen nach dreimonatigem Kompostieren und Sieben durch ein 2-mm-Sieb nicht mehr als zehn Prozent der ursprünglichen Masse verbleiben. Bei erdölbasierten Polymeren wie PE oder PP kann der Zersetzungsprozess des Materials jedoch bis zu 500 Jahre oder länger dauern.

Trend zu nachhaltigen Verpackungen

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass aufgrund der zunehmenden Verwendung von Naturmaterialien, der Ressourcenverknappung oder der Globalisierung mit stärkerem Wettbewerb die Nachhaltigkeit einer der großen Trends in der Verpackungstechnik ist. Bereits jetzt gehen umweltfreundliche Verpackungen über reines Marketing hinaus und bieten handfeste Vorteile für Unternehmen, nicht zuletzt aufgrund der steigenden gesetzlichen Vorgaben.

Dennoch müssen weitere Herausforderungen gelöst werden. Dazu zählen die oft fehlende Kenntnis über die Verfügbarkeit nachhaltiger Materialien, die Materialeigenschaften im Laufe des Produktlebenszyklus und die Verarbeitbarkeit verschiedener Materialien auf konventionellen Anlagen. Hier gilt es, produktspezifische Abstimmungen zwischen teilweise konkurrierenden Anforderungen zu treffen. Mit dieser Kenntnis lassen sich auch feuchte Medien, wie Kosmetiktücher, oder gegenüber Sauerstoff empfindliche Produkte, wie Fleisch, kostengünstig in großer Stückzahl und vor allem nachhaltig verpacken.

Der Beitrag entstand unter Mitwirkung der Arbeitsgruppe der flexiblen Anlagentechnik am Fraunhofer IGCV. Diese befasst sich bereits seit einigen Jahren erfolgreich mit kundenorientierten flexiblen Verpackungslösungen.

Über die Autoren
Autorenbild
Martin Zäpfel

Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV, Augsburg

Autorenbild
Martin Brugger

Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV, Augsburg

Autorenbild
Julia Berg

Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV, Augsburg

Über die Firma
Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV
Augsburg
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