Dieser Frage gingen Brückner Maschinenbau und weitere Unternehmen im Pilotprojekt „Polypropylen-Chipstüte“ nach. Herausgekommen ist eine Verpackung, die unter Berücksichtigung sämtlicher Aspekte der Kreislaufwirtschaft entstand.
Wie eine Verpackung von Grund auf nachhaltig und damit kreislauffähig umgesetzt werden kann, demonstriert das Pilotprojekt „Polypropylen-Chipstüte“. (Bild: Brückner Maschinenbau/R-Cycle)
In diesem Beispiel nachhaltiger Produktentwicklung beteiligten sich eine Reihe von Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette. Unter Initiative von Brückner Maschinenbau haben sich die Unternehmen Erema, Henkel, Hubergroup Print Solutions, Kampf, Maag, Plastchim-T und Wipag der Umsetzung dieser nachhaltigen Verpackungslösung gewidmet. Bevor die Chipstüte als solche das Licht der Welt erblickt, müssen diverse Schritte in der Produktentwicklung berücksichtigt werden. Sie sind Voraussetzung für die Rezyklierbarkeit der Verpackung:
Der Anteil an Kunststoffabfällen, der recycelt wird, muss erhöht werden, um die Polymere als Wertstoff zu erhalten. Das mechanische Recycling ist am Markt etabliert, kann jedoch nicht alle Materialströme erfassen. Als Ergänzung bietet sich das chemische Recycling an. Um Technologiestandorte auf- und auszubauen werden ständig neue Kooperationen geschlossen und Projekte ins Leben gerufen. Der Ticker informiert Sie über die neuesten Entwicklungen. Projekte im Umfeld des chemischen Recyclings und mehr
Hier gilt der Ansatz des „Design for Recycling“: Es gilt, bereits bei der Entwicklung des Verpackungsdesigns, Funktionalität und Verträglichkeit für den Endverbraucher, in Kombination mit der technischen Machbarkeit auf den jeweiligen Maschinen, zu berücksichtigen.
Um den dafür passenden Mix an Materialien zu bestimmen, hat man sich der Expertise diverser Initiativen entlang der Wertschöpfungskette angenommen. Die Initiative Printcyc und deren Partnerunternehmen lieferten beispielsweise wichtige Erkenntnisse im Zusammenhang mit der Rezyklierbarkeit von Druckfarbenkomponenten. Ein wichtiger Aspekt beim Aufbau recyclingfähiger Verpackungen.
Eine Chipstüte aus Polypropylen-Monomaterial-Folie in Kombination mit den richtigen, speziell für die Kreislaufwirtschaft entwickelten Druckfarben und Kaschierklebstoffen kann die Anforderungen an Funktion und Recyclingfähigkeit für Verpackungen erfüllen.
Um die Verknüpfung zwischen R-Cycle-Datenbank und Verpackung eindeutig herzustellen, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Je nach Produktionsschritt und weiterer Verarbeitung sind diese Schnittstellen beziehungsweise Markierungstechnologien besser oder schlechter geeignet.
Die Verknüpfung zwischen Datenbank und Verpackung wird mittels digitalem Wasserzeichen auf der Chipstüte gewährleistet. Im Druckbild dieses Wasserzeichens sind, für das menschliche Auge nahezu unsichtbar, kleinste Markierungen versteckt, die sich aber mithilfe eines handelsüblichen Smartphones und der dafür vorgesehenen Digimarc-App auslesen lassen. Bei dieser Markierungstechnologie kann jeder beliebige Abschnitt mit einer Kamera gescannt und durch die entsprechende Software eindeutig identifiziert werden. Dadurch ist es möglich, auch kleinere Folienschnipsel eindeutig zu erkennen.
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Um Verpackungen nach Gebrauch entsprechend ihrer Zusammensetzung und Recyclingfähigkeit sortieren zu können, müssen die notwendigen Daten entlang der gesamten Wertschöpfungskette erfasst und an die gemeinsame R-Cycle Datenbank übermittelt werden. Wichtig dabei ist, dass die Daten nur auf dem für das spätere Sortieren notwendigen, verallgemeinerten Niveau gespeichert werden müssen.
So müssen beispielsweise beim Füllen und Siegeln der Chipstüte die Informationen über die Verpackung nur um die Merkmale des Inhalts ergänzt werden. Also ob es sich um „Food“ oder „Non-Food“ handelt.
Im Rahmen des Pilotprojekts wurden bereits Daten an einzelnen Maschinen beteiligter Partner erfasst und mithilfe eines GS1-Standards an den R-Cycle-Server geschickt und gespeichert. Die Daten stehen in Zukunft dabei aufgrund der Echtzeitübertragung nicht nur am Ende der Wertschöpfungskette, sondern unmittelbar nach jedem Verarbeitungsschritt zur Verfügung. Dadurch werden beispielsweise sowohl der inner- als auch der überbetriebliche Datenaustausch im Rahmen eines digitalen Produktpasses ermöglicht.
Hier lassen sich als Beispiel die Daten des ersten Produktionsschrittes, der Folienproduktion, einsehen. (Da das Produktivsystem keinen öffentlichen Zugang zu den Daten ohne entsprechende Zugriffsrechte erlaubt, wurden die Daten auf den Demo-Server kopiert).
Nachdem die verschiedenen Verpackungen identifiziert, Fraktionen definiert und geeignete Materialien zusammensortiert wurden, lassen sich diese wieder weiterverarbeiten. Die dabei eingesetzten Markierungen sollen zukünftig auf modernen Sortieranlagen erkannt und ausgelesen werden, dazu laufen entsprechende Versuche, etwa im Rahmen des Projektes Holygrail 2.0. Im Pilotprojekt wurde dieser Schritt zwar noch nicht durchgeführt, beispielhaft ist das Scannen und Auslesen der Daten aber im folgenden Video zu sehen:
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Um die technische Recyclingfähigkeit zu demonstrieren, wurden die Chipstüten auf einem für die Extrusion derartiger Fraktionen geeigneten Recyclingsystem mechanisch zu hochwertigem Granulat verarbeitet. Beim Material handelte es sich um Post-Industriellen Abfall – dieser hatte keinen Kunden- oder Lebensmittelkontakt. Eine Übertragung des Verpackungskonzepts hinsichtlich Post-Consumer-Szenario sei ebenfalls denkbar.
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Die Initiative Printcyc hat in Kooperation mit SQTS das entstandene Rezyklat migratorisch mittels Screening Test untersucht und gemäß der EU-Kunststoffverordnung Nr.10/2011 und Schweizer Bedarfsgegenständeverordnung EDI SR 817.023.21 für Materialien mit Lebensmittelkontakt bewertet: Alle darin enthaltenen Grenzwerte wurden eingehalten und nicht einmal annähernd erreicht.
Damit ist eine wesentliche Voraussetzung für den Wiedereinsatz zur Herstellung hochwertiger Second-Life-Anwendungen, welche nicht für den Kontakt mit Lebensmitteln vorgesehen sind, gegeben.
Neben dem mechanischen Recycling von Kunststoffen gibt es auch zahlreiche ergänzende Verfahren. (Bild: Visual Generation - stock.adobe.com)
Was steckt hinter enzymatischem Recycling?Beim enzymatische Recycling kombiniert das französischen Unternehmens Carbios, Clermont-Limagne, Enzymologie und Kunststoffverarbeitung. Das Verfahren zielt auf das Zersetzen von Kunststoffen durch Enzyme ab, sodass Kunststoffabfälle unendlich oft recycelt werden können. Forscher des Unternehmens haben auf einer Mülldeponie zahlreiche Mikroorganismen untersucht und Enzyme entdeckt, die Enzyme zum Abbau von PET entwickelt haben. Die Technologie arbeitet mit relativ milden Reaktionsbedingungen hinsichtlich Druck und Temperatur. Im September 2021 soll eine Demonstrationsanlage in Betrieb gehen. (Bild: alterfalter - fotolia)
Was bietet das neuartige Closed-Loop Recycling von polyethylenartigen Materialien für Vorteile?Chemiker der Universität Konstanz um Prof. Dr. Stefan Mecking haben ein energiesparendes Verfahren für das chemische Recycling von polyethylenartigen Kunststoffen entwickelt. Die Technologie verwendet die „Sollbruchstellen“ auf molekularer Ebene, um die Polymerketten des Polyethylens aufzutrennen und in ihre molekularen Grundbausteine zu zerlegen. Die kristalline Struktur sowie die Materialeigenschaften bleiben unbeeinflusst. Die Forscher sehen diese Klasse von Kunststoffen als gut geeignet für den 3D-Druck. Das neue Verfahren arbeitet bei lediglich rund 120 °C, ist deutlich energiesparender als etablierte Methoden und besitzt eine Rückgewinnungsquote von rund 96 % des Ausgangsstoffes. Die Versuche wurden an Polyethylen auf Pflanzenölbasis durchgeführt. Die Chemiker zeigten auch das chemische Recycling von Gemischen aus anderen typischen Kunststoffabfällen. Die Eigenschaften der hier gewonnenen Materialien sind denen der Ausgangsmaterialien ebenbürtig. Die Forschungsergebnisse wurden am 17. Februar 2021 im Wissenschaftsjournal Nature veröffentlicht. (Bild: AG Mecking, Universität Konstanz)
Was ist Chemcycling?BASF, Ludwigshafen, hat das Chemcycling-Projekt ins Leben gerufen, um mit Partnern entlang der Wertschöpfungskette im industriellen Maßstab hochwertige Produkte aus chemisch recycelten Kunststoffabfällen herzustellen. In dem thermomechanischen Prozess der Pyrolyse werden Kunststoffabfälle in Pyrolyseöl umgewandelt. Dieses wird bei der BASF ins Produktionsnetzwerk eingespeist und dadurch fossile Rohstoffe eingespart. Die hergestellten Produkte besitzen genau die gleichen Eigenschaften wie Erzeugnisse aus fossilen Rohstoffen. (Bild: BASF)
Was ist die iCycle-Plattform?Das Fraunhofer Umsicht, Sulzbach-Rosenberg, arbeitet ebenfalls mit der Pyrolyseverfahren. Die Forscher haben für den Betrieb der Anlage neuartige Wärmetauschertechnologien entwickelt, die eine hohe Energieeffizienz sowie eine sehr gute Wärmeübertragung auf das eingebrachte Material ermöglichen. Der Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten liegt auf problematischen, stark verunreinigten oder schadstoffbelasteten Kunststoffen und schwer recyclierbaren Verbundmaterialien sowie dem Aufbereiten und Reinigen von Pyrolyseölen. Anlagen sind im Demonstrationsmaßstab verfügbar. (Bild: Fraunhofer Umsicht)
Was ist der Upcycling-Prozess?Die 3M Tochter Dyneon, Burgkirchen, bezeichnet den Pyrolyseprozess von Fluorpolymeren als Upcycling-Prozess und gewinnt jährlich aus bis zu 500 t Fluorpolymerabfällen neuen Kunststoff. (Bild: 3M)
Was ist das OMV Reoil Projekt?OMV, Schwechat, widmet sich im Projekt Reoil ebenfalls dem chemischen Recycling von Kunststoffen. In der Pilotanlage der Raffinerie in Österreich werden die Kunststoffabfälle zu synthetischem Rohöl recycelt, indem sie verdampft und durch chemische Prozesse wieder zu kleineren Ketten zusammengeführt werden. An diesem Industriestandort, der einer der größten Kunststoff-Produktionsstandorte Europas ist, sitzt Borealis, die mit petrochemischen Rohstoffen beliefert wird. Die beiden Unternehmen wollen gemeinsam das chemische Recycling von Post-Consumer-Kunststoffen voranbringen. Die Verarbeitungskapazität der Pilotanlage liegt bei 100 kg/h was 100 l synthetischem Rohöl entspricht. Dieses wird im Sinne der Kreislaufwirtschaft entweder zu Rohmaterial für die Kunststoffindustrie oder zu Kraftstoff weiterverarbeitet. (Bild: OMV)
Was ist der Creasolv-Prozess?Das Fraunhofer IVV, Freising, hat den dreistufigen Creasolv-Prozess entwickelt. Die Wahl des geeigneten Lösemittels bestimmt, welches Polymer aus dem geschredderten Kunststoffabfall gelöst und wiederverwertet werden soll. Um eine hohe Reinheit zu erzielen, wird die erhaltene Lösung weiter aufgereinigt. Im dritten Schritt wird der isolierte Kunststoff ausgefällt und beispielsweise zu Granulat verarbeitet. In Reinheit und Qualität entspricht der zurückgewonnene Kunststoff Neuware. Dies ist wichtig für eine reale Kreislaufwirtschaft. Eine industrielle Pilotanlage ist in Betrieb. (Bild: Fraunhofer IVV)
Was steckt hinter dem ResolVe-Verfahren?Das ResolVe-Verfahren (chemisches Recycling von Polystyrol) wird von Ineos Styrolution, Frankfurt, Neue Materialien Bayreuth, Bayreuth, dem Institut für Aufbereitung und Recycling (I.A.R.) und dem Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen, Aachen, in einem vom BMBF geförderten Projekt entwickelt. In dem Projekt dienen Verpackungsabfälle aus dem Gelben Sack als Ausgangsware. Über Reinigungs-, Sortier- und Zerkleinerungsprozesse werden daraus sortenreine Polystyrol-Flakes gewonnen. In einem Doppelschneckenextruder erfolgt daraufhin die thermische Degradation des Polystyrols in ein Kondensat aus Monomeren und Oligomeren sowie flüchtige Spaltprodukte. Nach fraktionierender Destillation der Styrolmonomere aus dem Kondensat wurden diese zum Herstellen von neuem PS wiedereingesetzt. (Bild: IKV)
Was ist die Thermal Anaerobic Conversion-Technologie?Plastic Energy, London, Großbritannien, verwendet die patentierte Thermal Anaerobic Conversion (TAC)-Technologie zum Umwandeln von Altkunststoffen. Unter Ausschluss von Sauerstoff werden LDPE, HDPE, PS und PP erhitzt, geschmolzen bis die Polymermoleküle zu einem reichhaltigen gesättigten Kohlenwasserstoffdampf zerfallen. Die kondensierbaren Gase werden in Kohlenwasserstoffprodukte umgewandelt, während die nicht kondensierbaren Gase separat gesammelt und verbrannt werden. Der entstehende Kohlenwasserstoffdampf wird nach Molekulargewichten in Rohdiesel, Leichtöl und synthetische Gaskomponenten getrennt. Naphta und Diesel werden gelagert und an die petrochemische Industrie verkauft, die sie wieder in neuen Kunststoff umwandelt. Zum Beispiel führt Sabic das Pyrolyseöl seiner Produktionskette zu und stellt daraus unter anderem PP-Produkte für sein Trucircle-Sortiment her. Das hergestellte PP-Polymer ist unter dem International Sustainability and Carbon Certification (ISCC PLUS) Schema, welches einen Massenbilanzansatz verwendet, zertifiziert und bestätigt. (Bild: Greiner)
Was ist Newcycling? APK, Merseburg, hat die lösemittelbasierte Newcycling-Technologie entwickelt, mit der aus zerkleinerten, gemischten Kunststoffabfällen und Mehrschichtverpackungen sortenreine Kunststoffe herausgelöst werden. Auch hier werden die Polymerketten sortenrein gelöst und nach Wiedergewinnung des Lösemittels granuliert. Die Eigenschaften der gewonnenen Kunststoffe sind ähnlich Neuware. Die vorindustrielle Pilotanlage wurde in eine Industrieanlage hochskaliert, die pro Jahr circa 8.000 t Newcycling-Rezyklat herstellen kann. (Bild: APK)
Was steckt hinter der Catalytischen Tribochemischen Conversion?Carboliq, Remscheid, ein Tochterunternehmen von Recenso, Remscheid, hat die Catalytische Tribochemische Conversion (CTC), ein einstufiges Verfahren zum Verflüssigen fester Kohlenwasserstoffe, entwickelt. Bei dem Verfahren werden thermische, katalytische und mechanochemische (tribochemische) Mechanismen kombiniert. Ein Standardmodul kann bis zu 400 l gemischte Kunststoffabfälle pro Stunde umwandeln. Die benötigte Prozessenergie wird durch Reibung erzeugt. Der CTC-Prozess findet bei Atmosphärendruck und einer Temperatur unter 400 °C statt. Die Ölausbeute ist hoch, die Menge an entstehenden Gasen eher gering. Prozessrückstände werden extern thermisch verwertet. Das entstehende Öl ist gemäß REACH als Produkt registriert, sodass der End-of-Line-Waste-Status abgesichert ist und das Produktöl in Anlagen, die nicht dem Abfallregime unterliegen, verarbeitet werden kann. Eine Pilotanlage ist auf dem Gelände des Entsorgungszentrums in Ennigerloh in Betrieb. (Bild: Recenso)
Was ist Wastx Plastic?Biofabrik Technologies, Dresden, hat das modulare Wastx Plastic System entwickelt, durch das Kunststoffabfälle denzentral unter Ausschluss von Sauerstoff in synthetisches Rohöl umgesetzt werden. Dieses Öl dient als Basis für Rezyklate. Laut Hersteller wird aus 1 kg Plastikmüll 1 kg Recyclingöl. Eine Anlage, die in einem Container untergebracht ist, kann laut Hersteller dort, wo der Plastikmüll gesammelt wird betrieben werden und bis zu 1.000 kg Kunststoffabfälle pro Tag verarbeiten. (Bild: Biofabrik)
Plaxx - was verbirgt sich hinter diesem Namen?Am Ende des Depolymerisationsprozesses von Recycling Technologies, Swindon, Großbritannien, steht das schwefelarme Kohlenwasserstoffprodukt namens Plaxx. Plaxx kann als Ausgangsmaterial für das Herstellen neuer Polymere und Wachse verwendet werden, wodurch Rohstoffe aus fossilen Brennstoffen ersetzt und Kunststoffe in die Kreislaufwirtschaft überführt werden. Diese Technologie bietet eine Alternative zum Deponieren und Verbrennen von Restkunststoffen und steigert die Recyclingrate für gemischte Kunststoffe von 30 %, die mit der bestehenden mechanischen Aufbereitung erreicht wird, auf 90 % mit diesen Technologien in Kombination. (Bild: Recycling Technologies)
Was ist unter dem Covestro-Chemolyse-Verfahren zu verstehen?Das von Covestro, Leverkusen, entwickelte Verfahren Covestro-Chemolyse ermöglicht die Rückgewinnung der beiden Hauptkomponenten von Polyurethan. Neben dem Polyol kann auch das Vorprodukt des Isocyanats zurückgewonnen werden. Der Rohstoffhersteller betreibt eine Pilotanlage für das stoffliche Recycling von Weichschaum. Mit dieser sollen die positiven Laborergebnisse verifiziert und Produkte sowie Anwendungen im kleinen Industriemaßstab entwickelt werden. Ziel ist es, mit chemischen Recyclingprozessen den Wertstoffkreislauf von Post-Consumer-Weichschaumstoffen zu schließen, indem hochreines, hochwertiges Recycling-Polyol und Toluol-Diamin (TDA) zurückgewonnen werden. TDA soll zu Toluol-Diisocyanat (TDI) weiterverarbeitet werden. (Bild: Covestro)
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