Ressourceneffizientes Recycling

Verpackungskunststoffe werden aus einer Vielzahl von Polymeren hergestellt, wobei PET (Polyethylenterephthalat) nach den Polyolefinen das am häufigsten verwendete Polymer darstellt. Neben PET-Flaschen spielen auch PET-Schalen eine wichtige Rolle. Im Jahr 2022 betrug das Produktionsvolumen von der PET-Schalenverpackung und -Folie in der EU 1.070 kt pro Jahr. Diese Verpackungen werden sowohl für Produkte wie Obst und Gemüse, Fleisch und Käse als auch für Take-away-Produkte genutzt und finden auch im Non-Food-Bereich breite Anwendung. Sensible Lebensmittel, darunter Fleisch- und Milchprodukte, erfordern häufig spezielle Verpackungen, die die Produkte möglichst lange frisch halten. Dafür kommen Schutzgas-Atmosphärenverpackungen (MAP) zum Einsatz. Produkte in MAP-Verpackungen benötigen in der Regel mehrschichtige Strukturen, die PE (Polyethylen), EVOH (Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer), PA (Polyamide) und Klebstoffe enthalten. Diese Kombination unterschiedlicher Kunststoffe stellt ein Problem für das traditionelle mechanische Recycling dar, da sich die Strukturen mechanisch nicht ausreichend voneinander trennen und die Polymere sich nicht in der Mischung verarbeiten lassen.

Nicht zu behandeln wie PET-Flaschen

Aber nicht nur mehrschichtige Strukturen stellen ein offensichtliches Problem für das stoffliche Recycling dar, auch einschichtige PET-Schalen sind herausfordernd. Schalen- und Flaschen-PET unterscheidet sich in ihren mechanischen und thermischen Eigenschaften, wie Schmelzviskositäten, Schmelztemperaturen und intrinsische Viskositäten, was die Kompatibilität mit etablierten Flaschen-Recyclingverfahren aus diesem Material einschränkt. In Deutschland werden Kunststoffe auf PET-Basis von den dualen Systemen gesammelt und entsprechend in Abfallfraktionen von (Non-Food-)PET-Flaschen und -Schalen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und eine Mehrheitsschalenfraktion, die sowohl ein- als auch mehrschichtige Strukturen enthält, sortiert. Während die gemischten PET-Fraktionen teilweise recycelt und hauptsächlich in geringwertigen Anwendungen wie Umreifungsbänder eingesetzt werden, landet die Mehrheitsschalenfraktion heute noch häufig in Anlagen zur energetischen Verwertung.

Packmittel

Nachhaltige Verpackungen

Wann ist eine Verpackung nachhaltig?

Eine nachhaltige Verpackung steht ganz oben auf der Wunschliste von Verbrauchern, Handel und Konsumgüterproduzenten. Welche Kriterien eine Verpackung erfüllen muss, um nachhaltig zu sein, ist jedoch nicht genau definiert.Lesen Sie hier mehr zu nachhaltiger Verpackung:

Der Gesetzgeber fordert neue Wege

Der Europäische Rat hat am 16. Dezember 2024 die EU-Verordnung über Verpackungen und Verpackungsabfälle (PPWR) verabschiedet. Danach müssen berührungsempfindliche Verpackungen mit PET als Hauptpolymer, einschließlich Verpackungen mit Lebensmittelkontakt, im Jahr 2030 mindestens 30 Gew.-% und im Jahr 2040 mindestens 50 Gew.-% recyceltes Material enthalten. Darüber hinaus müssen mindestens 70 % der Verpackungen recycelbar sein. Keiner der vorgeschlagenen Mindestwerte kann derzeit für PET-Schalen im industriellen Maßstab erreicht werden. Um die festgelegten Ziele zu erreichen, sind technische Lösungen notwendig; andernfalls müssen diese Verpackungen durch besser verwertbare Alternativen ersetzt werden. Mehrere Marktteilnehmer haben sich bereits mit dem Problem befasst, es aber nicht ausreichend und umfassend gelöst. Einige haben versucht, Mehrschicht-PET-Schalen zu delaminieren (Repetco Spanien, Linpac Packaging), andere haben sich mit der Frage der Klebstoffe in Mehrschichtlaminaten befasst (BASF). Wieder andere beschränkten sich auf das mechanische Recycling von einschichtigen PET-Schalen nach vorheriger Sortierung (Klöckner Pentaplast). Die Kapazität für das getrennte Recycling hat durch die Tray-to-Tray-Projekte in den letzten Jahren zugenommen. Im Jahr 2022 betrug diese Kapazität von PET-Schalen 57 kt pro Jahr, in drei Märkten: Niederlande, Spanien und Frankreich.

Wiederverwertbarkeit Schritt für Schritt verbessern

Das Projekt Circutray-Up wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und ist Teil der Initiative „KuRT“ und wird federführend im Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV durchgeführt. Es adressiert die gesamte Wertschöpfungskette, indem es die Sortierung, die Aufbereitung von Abfällen, fortschrittliche Recyclingverfahren, die Folienverarbeitung und die Verpackungsherstellung betrachtet, um den Kreislauf für PET-Schalen zu schließen. Die Konsortialpartner des vom Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV geleiteten Projektes sind Unisensor Sensorsysteme, Lömi, Reifenhäuser, Silverplastics und das Öko-Institut e.V. Mit den zur Verfügung stehenden Technologien soll ein Recyclingkreislauf vom Abfall zur Lebensmittelverpackung aufgebaut werden. Ziel ist es, bereits 2026 Schalenverpackungen aus recycelten ein- und mehrschichtigen PET-Schalen anzubieten, die die heutigen PET-Schalen ersetzen. Kommunale Kunststoffabfälle werden in den Recyclingzentren mit Nahinfrarot-Sensoren sortiert. Das Ergebnis sind die Abfallfraktionen 328-1 bis 328-6, die stark mit PET angereichert sind, wobei letztere hauptsächlich aus PET-Schalen bestehen. Diese Abfälle werden zu Flakes zerkleinert und für die Weiterverarbeitung gewaschen. Aufgrund der höheren Steifigkeit und Sprödigkeit dieser Verpackungen im Vergleich zu PET aus Flaschen fällt beim Waschen eine große Menge an Feinanteilen an, die für die Weiterverarbeitung oft nur bedingt geeignet sind. Eine Reduzierung des Feinanteils soll durch die Entwicklung geeigneter Waschtechnologien erreicht werden, deren Design auf eine Minimierung des Materialbruchs optimiert ist.

Nicht-PET-Bestandteile werden selektiv aus den Mehrschicht-Flakes entfernt

Mit der Flake-basierten Sortiertechnologie von Unisensor werden die Flakes in eine hochreine einschichtige PET-Fraktion und eine mehrschichtige PET-Fraktion sortiert, die beide für die weitere Verarbeitung durch mechanisches und lösungsmittelbasiertes Recycling bereit sind. Das lösungsmittelbasierte Recycling des Fraunhofer IVV zielt darauf ab, die Nicht-PET-Bestandteile selektiv aus den Mehrschicht-Flakes zu entfernen und so gereinigtes Mahlgut herzustellen. Die Anwendbarkeit eines solchen Verfahrens wurde bereits in früheren Projekten auf deutscher und europäischer Ebene gezeigt und auch im Vorprojekt zu Circutray-Up bestätigt. Dort wurden gereinigte PET-Flakes zur Herstellung einer Folie verwendet und diese zu dreidimensionalen Schalen im Tiefziehverfahren umgeformt.

In Circutray-Up wird das lösungsmittelbasierte Recyclingverfahren, das für PET-Trays bislang nur im kleinen technischen Maßstab durchgeführt wurde, auf eine technische Pilotanlage hochskaliert. Auf Basis dieser Erkenntnisse wird dann die weitere Skalierung in den industriellen Maßstab angestrebt. Gleichzeitig werden Verpackungen entwickelt, die den „Design for Recycling“-Richtlinien entsprechen und einen Rezyklatanteil über dem vorgeschriebenen Minimum aufweisen. Dieses Design benötigt funktionale Barrieretechnologien, um den Kontakt zwischen dem Produkt und recyceltem PET zu vermeiden, wie es die europäische Gesetzgebung verlangt. Geeignete Barrieretechnologien, die die Migration von Stoffen aus rezykliertem PET während der Lagerdauer verhindern, wurden bereits identifiziert. Coextrudierte PET-Neuwarefolie, PET-Lack, laminierte PET-Neuwarefolie und SiOx-Beschichtung bieten ähnliche Leistungen, wobei nur die laminierte PET-Folie auch ohne Querkontamination thermisch verformt werden kann. Für solche Migrations-Barrieren werden üblicherweise PE und EVOH verwendet, im Projekt jedoch wird zur Gewährleistung der mechanischen Recyclingfähigkeit laminierte PET-Folie aus Neuware als funktionelle Barriere gewählt.

Auch eine Frage der Wirtschaftlichkeit

Die aufbereiteten und gereinigten PET-Rezyklate aus mechanischen und lösemittelbasierten Verfahren werden in neue Tiefziehfolien integriert, die aus einer Sandwichstruktur mit mindestens einer laminierten PET-Neumaterialschicht für den Lebensmittelkontakt besteht. Nach der Herstellung der Folien durch Reifenhäuser wird Silverplastics diese zu neuen Schalen thermoformen. Die Tests werden auf bestehenden Verpackungslinien durchgeführt. Um die Eignung für den Lebensmittelkontakt nachzuweisen, wird das Rezyklat auf nicht absichtlich zugesetzte Stoffe (NIAS) analysiert und die Barriere mit einem Challenge-Test geprüft, der die potenzielle Migration zugesetzter Surrogate nach dem Recycling untersucht, um Daten für die Modellierung möglicher Lagerungsdauern zu sammeln.

Die ökologische Tragfähigkeit der Recyclingkette wird vom Öko-Institut anhand einer Ökobilanz analysiert und bewertet. Dabei wird das Recyclingsystem mit der Verbrennung mit Energierückgewinnung und der Herstellung neuer, moderner PET-Schalen verglichen. Die Bilanz betrachtet einen Rezyklatanteil von 66 Gew. % und mindestens einem weiteren Lebenszyklus. Zudem wird die wirtschaftliche Bewertung der Herstellung der entwickelten Verpackungen durchgeführt. Da der aktuelle Stand der Recyclingtechnologien für PET-Schalen bis zur Herstellung von lebensmittelkonformen PET-Schalenverpackungen aus Rezyklaten erhebliche Herausforderungen für die gesamte PET-Schalen- Wertschöpfungskette mit sich bringt, ist eine enge und abgestimmte Zusammenarbeit aller Akteure erforderlich, sowohl im Projektkonsortium als auch mit externen Partnern. Im Rahmen des Projektes Circutray-Up sind daher jährliche Treffen mit interessierten Akteuren der Wertschöpfungskette geplant. Sie finden im Rahmen von Online-Veranstaltungen statt, zu der das Fraunhofer IVV jeweils einladen wird. Das Projekt Circutray-Up läuft im Rahmen der Fördermaßnahme Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft – Kunststoffrecyclingtechnologie (KURT) unter dem Förderkennzeichen: 033R389A.