Das „Trinkhalmverbot“ ist nur eines der aktuellen Beispiele für die Reduzierung von Plastik. Nachhaltigkeit als Teil des Megatrends Neo-Ökologie im Fokus von Kunden und Politik verändert insbesondere die Verpackungstechnik. Umweltfreundliche Verpackungen gehen bereits über das reine Marketing hinaus und bieten handfeste Vorteile für Unternehmen. Eine Studie des Fraunhofer IGCV zeigt Potenziale und aktuelle Entwicklungen auf.

Kunststoff ist und bleibt ein hervorragendes Verpackungsmaterial. Verbraucher fordern aber nicht nur individuelle, sondern auch nachhaltige und ökologische Verpackungen mit „grünem Touch“. Gängige Kunststoffverpackungen haben zwei Nachteile: Kunststoffverpackungen werden nicht als nachhaltig wahrgenommen und Kunststoffverpackungen sind oft noch nicht hinsichtlich Energie- und Ressourcenverbrauch optimiert.

Daher beginnen führende Unternehmen erfolgreich mit der Entwicklung nachhaltiger Verpackungslösungen. Dazu zählen Getränkeflaschen aus komplett recyceltem PET, voll recycelbare Verpackungen für Waschmittel aus HDPE oder biologisch abbaubare Folien aus PLA.

Oberste Priorität aller Kunststoffverpackungen ist es, die notwendige Verpackungsfunktion, insbesondere den Schutz der verpackten Produkte, zu gewährleisten. Dies wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, beispielsweise durch den verwendeten Kunststoff. Nicht jeder Kunststoff ist für alle Verpackungssysteme gleichermaßen geeignet. Neue Verbundmaterialien, Recyclingmaterialien oder Biokunststoffe können in Zukunft eine Anpassung des Verpackungsprozesses erforderlich machen. Laut dem aktuellen Plastikatlas 2019 werden 39 Prozent des Post-Consumer-Kunststoffabfalls recycelt. Doch nur 16 Prozent des Kunststoffs werden in den Rohstoffkreislauf zurückgeführt. Deshalb steigen die Anforderungen an das Recycling von Verpackungen ab dem 1. Januar 2019 und dann wieder ab dem 1. Januar 2022. Beispielsweise müssen die Recyclingquoten von Kunststoffen mit stofflicher Verwertung auf bis zu 63 Prozent steigen. Bei Verbundverpackungen mit Mehrschichtfolien müssen künftig bis zu 70 Prozent recycelt werden.

Das bedeutet insbesondere bei hochfunktionellen Mehrschichtfolien ein Umdenken, da die Folien aus vielen unterschiedlichen Materialien laminiert werden können. Typische Schichtkomponenten sind beispielsweise PP als Druckträgerfolie, Aluminiumfolie als Barrierefolie und PE als Siegelfolie. Dieser Verbund lässt sich nur mit großem Aufwand recyceln, sodass nachhaltige Alternativen gefragt sind. Bezogen auf den Lebenszyklus bedeutet dies, bei der Gestaltung der Verpackung die Verarbeitbarkeit und Recyclingfähigkeit am Ende des Lebenszyklus zu berücksichtigen.

Die größte Herausforderung beim Design nachhaltiger und hochfunktionaler Mehrschichtfolien ist die Sicherstellung der Verarbeitbarkeit. „Zum Beispiel hat jeder Kunststoff charakteristische Dichteigenschaften“, sagt Martin Brugger vom Fraunhofer IGCV. Diese sind abhängig von der Materialart, der Materialkombination bei Mehrschichtfolien oder der Schichtdicke. 

Je nach gewünschter Festigkeit und Festigkeit der Siegelnaht werden in einem bewährten Verfahren geeignete Parameter ermittelt. Der Vorteil: Durch einen individuell abgestimmten Siegelprozess lassen sich kürzere Taktzeiten bei reduziertem Energieverbrauch erzielen. Dies bietet insbesondere Potenzial für neue Biokunststoffe, da es kaum Erfahrungen mit der Verarbeitung gibt.

Sogenannte Biokunststoffe sind per se nicht nachhaltig. Die Vorsilbe „bio“ bedeutet einfach, dass einzelne Bestandteile des Kunststoffs entweder aus natürlichen Materialien gewonnen werden oder sich unter bestimmten Bedingungen in CO₂ und Wasser zersetzen. Die wichtigsten Rohstofflieferanten für Biopolymere sind Holz, Getreidepflanzen, Kartoffeln, Zuckerrohr und Zuckerrüben sowie Ölpflanzen. Der biologische Abbau von Kunststoffen ist nicht unbedingt besser als die thermische Verwertung. Aus energetischer und ökologischer Sicht ist die Wärmerückgewinnung der Kompostierung von biologisch abbaubaren und nicht recycelbaren Kunststoffen vorzuziehen.

Für ein nachhaltigeres stoffliches Recycling muss der Kunststoff jedoch im Rohstoffkreislauf verbleiben. So lassen sich aus hochwertigen Rohstoffen neue Verpackungen herstellen, die wiederum zu 100 Prozent recycelbar sind. Noch nachhaltiger ist die Wiederverwendung der gesamten Verpackung. Die Wiederverwendung von PET-Flaschen ist beispielsweise der Zerkleinerung und Reextrusion vorzuziehen, da Kunststoffe nur für eine begrenzte Anzahl von Recyclingkreisläufen geeignet sind.

Nachhaltiges Verpackungsdesign erfordert ein Umdenken, noch bevor die Produktion von Verpackungen beginnt. Es gibt drei grundlegende Arten von nachhaltigen Verpackungen, die sich direkt auf die Kosten auswirken: 

Reduzierung des Verpackungsmaterials durch geeignete Verpackungsarten: Ein Flowpack kann im Vergleich zu Dosen oder Flaschen problemlos zwei Drittel der verpackungsbedingten CO₂-Emissionen einsparen. Dabei ist es nicht nur wichtig, Material zu sparen, sondern auch eine kreative, natürliche Präsentation des Produkts.

Reduzierung der Materialvielfalt durch geeignete Auswahlwerkzeuge: Materialkombinationen sind akzeptabel, wenn anschließend eine saubere Trennung der Kunststoffe möglich ist. Mit einer neuen Barriereschicht, die gleichzeitig mit dem Material der Trägerfolie recycelt werden kann, kann die Qualität der Verpackung gesteigert werden.

Reduzierung von erdölbasierten Kunststoffen durch sorgfältige Materialauswahl: Aus Rohstoffresten gewonnene Stärke kann hervorragende Barriere- oder andere funktionelle Eigenschaften aufweisen. Allerdings sind nicht für alle Anwendungen die gleichen Eigenschaften erforderlich, so dass biobasierte, nicht fermentierte Materialien aufgrund ihrer geringeren Verarbeitung finanzielle Vorteile bieten können.

Je nach angestrebtem Potenzial einer Verpackung ist die Kenntnis der spezifischen Kunststoffeigenschaften erforderlich. Dazu wurden am Fraunhofer IGCV umfangreiche Forschungen durchgeführt und eine Vielzahl verfügbarer Materialien charakterisiert, um je nach Anwendung eine geeignete Materialauswahl treffen zu können. Dies ist entscheidend, denn Verpackungen können je nach optischen oder haptischen Merkmalen das Markenimage und die Kaufentscheidung des Verbrauchers maßgeblich beeinflussen. Die eindeutige Kennzeichnung von Verpackungen ist eine wichtige, aber noch wenig bekannte Unterstützung.

Der Zertifizierungsprozess basiert auf einschlägigen Normen, beispielsweise zur Definition der Abbaubarkeit. Die Abbaubarkeit bzw. Kompostierbarkeit von Bioverpackungen ist in der europäischen Norm EN 13432 / EN 14995:2006 geregelt. Zusätzlich zu dieser Norm definieren ASTM D6866, ISO Standard Aerobic Biodegradability und ISO 17088 die biologische Abbaubarkeit. Die wichtigste Voraussetzung für das Erreichen der Norm EN 13432 ist, dass innerhalb von sechs Monaten mindestens 90 Prozent des organischen Materials im wässrigen Medium in CO₂ umgewandelt werden. Außerdem dürfen nach dreimonatiger Kompostierung und Siebung durch ein 2 mm Sieb nicht mehr als zehn Prozent der ursprünglichen Masse übrig bleiben. Bei erdölbasierten Polymeren wie PE oder PP kann der Zersetzungsprozess des Materials jedoch bis zu 500 Jahre und mehr dauern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Nachhaltigkeit aufgrund des zunehmenden Einsatzes natürlicher Materialien, der Verknappung von Ressourcen oder der Globalisierung mit verschärftem Wettbewerb einer der großen Trends in der Verpackungstechnik ist. Umweltfreundliche Verpackungen gehen bereits über das reine Marketing hinaus und bieten nicht zuletzt aufgrund der steigenden gesetzlichen Anforderungen handfeste Vorteile für Unternehmen.

Es gibt jedoch noch andere Herausforderungen, die gelöst werden müssen. Dazu zählen das oft fehlende Wissen über die Verfügbarkeit nachhaltiger Materialien, die Materialeigenschaften im Laufe des Produktlebenszyklus und die Verarbeitbarkeit verschiedener Materialien auf konventionellen Anlagen. Hier ist es wichtig, produktspezifische Abstimmungen zwischen teilweise konkurrierenden Anforderungen vorzunehmen. Mit diesem Wissen können auch feuchte Medien wie Kosmetiktücher oder sauerstoffempfindliche Produkte wie Fleisch in großen Stückzahlen kostengünstig und vor allem nachhaltig verpackt werden.

Der Beitrag wurde unter Beteiligung der Arbeitsgruppe Flexible Systems Engineering des Fraunhofer IGCV geleistet. Diese beschäftigt sich seit mehreren Jahren erfolgreich mit kundenorientierten flexiblen Verpackungslösungen.

Erst in Papierform und später auf dem Bildschirm: Neue Verpackungen erfreuen sich seit über 70 Jahren einer treuen Leserschaft. Das ist Lob für uns und natürlich Ansporn, immer besser zu werden. Dazu haben wir eine kurze Umfrage entwickelt - und bitten Sie, sich etwa 3 Minuten Zeit zum Weiterlesen zu nehmen...

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