Rezyklate von Verunreinigungen befreien Mehrschichtige Kunststoffverpackungen werden recycelbar

Mehrschichtverbunde, die verwendet werden um die hohen Anforderungen an den Schutz und die Sicherheit von Lebensmitteln zu erfüllen, können mit heutigen Recyclingtechnologien nicht zu hochwertigen Materialien aufbereitet und neu genutzt werden. Stattdessen landen die meisten dieser Materialien auf Deponien oder werden energetisch verwertet. Die Wiederverwendung von Rezyklaten in Lebensmittelverpackungen ist zudem durch die EU-Gesetzgebung eingeschränkt. Das mögliche Vorhandensein unerwünschter Substanzen in den Rezyklaten erfordert daher geeignete Dekontaminationsmethoden.

Circular FoodPack wird deshalb Tracer-basierte Sortiersysteme zur Trennung von Lebensmittel- und Nicht-Lebensmittel-Verpackungen entwickeln, die mechanischen und physikalischen Recyclingprozesse verbessern und innovative Monomaterial-Verpackungen für Lebensmittel und Körperpflegeprodukte entwickeln, die leicht zu sortieren und zu recyceln sein werden.

Neuartige Recyclingtechnologien werden benötigt

Um die vielfältigen Anforderungen an Sicherheit und Hygiene für Lebensmittel und Körperpflegeprodukte zu erfüllen, sind Kunststoffverpackungen unverzichtbar. Je nach Packgut werden mindestens sieben Schichten in einer einzigen Folie kombiniert. Solche mehrschichtigen Folien lassen sich jedoch nach derzeitigem Stand der Technik nicht zuverlässig sortieren und effizient recyceln.

Dadurch wird die Verwertung von 14,3 Millionen Tonnen Post-Consumer-Abfällen von flexiblen Kunststoffverpackungen jährlich durch zwei Millionen Tonnen Mehrschichtverbunde aus Lebensmittelverpackungen behindert, weil diese aufgrund ihrer Zusammensetzung nicht rückverfolgbar ist. Mengenmäßig ist dieser anvisierte Materialstrom so bedeutend, dass die zu erwartende Wirkung von Circular FoodPack beträchtlich ist.

EU-Rechtsvorschriften definieren die zulässigen Ausgangsmaterialien für Rezyklate, die in direktem Kontakt mit Lebensmitteln wiederverwendet werden dürfen. Bisher werden jedoch die Abfallströme von Non-Food- und Lebensmittelverpackungen nicht getrennt, wodurch die Rezyklate die EU-Anforderungen nicht erfüllen.

Wertvolle Ressourcen gehen verloren, da diese unsortierbaren Abfälle aus flexiblen Verpackungen verbrannt oder deponiert werden. Um die Ziele des EU Green Deals für eine emissionsfreie Gesellschaft bis 2050 zu erreichen, besteht daher ein entscheidender Bedarf an neuartigen, nachhaltigen Recyclingtechnologien und Verpackungslösungen in der Europäischen Union.

Sortieren und Recyceln von Post-Consumer-Verpackungsabfällen

In Europa beläuft sich der geschätzte Gesamtmarkt für flexible Haushaltsverpackungen auf etwa 3,9 Millionen Tonnen pro Jahr, von denen circa 70 Prozent (3 Millionen Tonnen) aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder deren Kombinationen bestehen. Da die grundsätzliche Fähigkeit, solche postindustriellen Materialien in industriellem Maßstab mechanisch zu recyceln, nachgewiesen wurde, besteht ein großer potenzieller Markt für recyceltes Verpackungsmaterial.

Geeignete Verfahren und die Infrastruktur für die Sammlung, eine effiziente Sortierung und das Recycling von flexiblen Post-Consumer-Verpackungsmaterialien sind jedoch noch nicht weit verbreitet und müssen weiterentwickelt werden. Die Qualität der Rezyklate ist infolgedessen noch nicht ausreichend, um sie für flexible Lebensmittel- oder hochwertige Körperpflegeverpackungen zu verwenden. Verunreinigungen, Verfärbungen, Gerüche und schlechteres mechanisches Verhalten im Vergleich zu neuen Materialien behindern ihre zirkuläre Verwendung.

Um eine zirkuläre Wertschöpfungskette für Lebensmittelverpackungen auf Polyethylenbasis zu etablieren, wird Circular FoodPack unverzichtbare effiziente Sortiersysteme weiterentwickeln, die erstmals die Trennung von Nicht-Lebensmittel- und Lebensmittelverpackungsabfällen ermöglichen. Die Tracer-basierte Sortierung identifiziert Verpackungen mit einzigartigen aufgedruckten, fluoreszierenden Tracern, die beim Durchgang durch Laserlicht ein eindeutiges Signal aussenden und einen materialspezifischen Sortiercode vergeben.

Circular FoodPack beabsichtigt, Rezyklate in physikalischen Recyclingprozess-Kaskaden, bestehend aus mechanischem und lösemittelbasierten Recycling, zu reinigen, und dadurch eine ausreichende Reduzierung von Verunreinigungen, Farbe und Geruch zu ermöglichen. Eine vielversprechende Deinking-Technologie, die alle Arten von Druckfarben entfernen kann und eine Desodorierung gewährleistet, wird in den bestehenden mechanischen Recyclingkaskaden hochskaliert. Das gereinigte Material wird dann einem lösemittelbasierten Recycling durch den patentierten CreaSolv-Prozess unterzogen, um die verschiedenen Materialkomponenten (zum Beispiel Füllstoffe, Additive und Polyethylen) zu trennen.

„Mit diesen neuen Ansätzen der Sortierung, Desodorierung und des Deinking in Kombination mit neuartigen Recyclingprozesskaskaden wird das derzeitige Qualitätsniveau der recycelten Polymere angehoben und ein hoher Reinheitsgrad erzielt, der für hochanspruchsvolle und sensible Verpackungsanwendungen notwendig ist“, sagt die Projektkoordinatorin Dr. Esra Kücükpinar-Niarchos vom Fraunhofer IVV.

Design von Mono-Material-Verpackungen aus flexiblen Verpackungen

Gemäß der EU-Gesetzgebung (Verordnung Nr. 282/2008) kann Rezyklat in Folien eingearbeitet werden, wenn es sich hinter einer funktionellen Barriere befindet. Diese stellt sicher, dass die Migration von Schadstoffen während der Lebensdauer des verpackten Gutes unterhalb der bedenklichen Werte bleibt.

Daher befasst sich Circular FoodPack nicht nur mit Sortier- und Reinigungsverfahren, sondern auch mit recyclingfähigen funktionellen Barriere-Lösungen. Im Projekt wird die Entwicklung von Verpackungsmaterial angestrebt, das mindestens 50 Prozent Rezyklat-Anteil enthält.

Die Circular FoodPack-Technologien werden in drei Anwendungsfällen demonstriert (Verpackungen für trockene Lebensmittel, Haushalts- und Körperpflegeprodukte), für die Verpackungsfolien entwickelt werden, die vollständig recycelbar sind und sich für die Wiederverwendung in sehr anspruchsvollen und sensiblen Anwendungen eignen. Das Projekt wird damit die vollständige Recyclingfähigkeit, die effiziente Sortierung und das Deinking sowie die mögliche Wiederherstellung flexibler Verpackungen unter Einsatz von post-consumer Rezyklaten aus Polyethylen aufzeigen, die durch die neu entwickelten Technologien hergestellt werden.

Ganzheitliche Bewertung aller Prozessschritte und ihrer Auswirkungen

Alle neu entwickelten Prozessschritte und (Neben-)Produkte werden einer umfassenden Nachhaltigkeitsbewertung unterzogen. Dabei wird der gesamte Lebenszyklus systematisch unter Berücksichtigung ökologischer, wirtschaftlicher und sozialer Auswirkungen betrachtet. Dies ermöglicht den Nachweis der Nachhaltigkeit der neu entwickelten Verpackung im Vergleich zu modernen mehrschichtigen Verpackungen.

Circular FoodPack wird geeignete Märkte und Stoffströme identifizieren, in denen die kritische Größe für eine Markteinführung leicht erreicht werden kann und die Circular-FoodPack-Technologien einen Nutzen für Unternehmen und Verbraucher schaffen. Die Realisierbarkeit dieser Technologien wird sichergestellt durch die Verbindung der technischen und wissenschaftlichen Exzellenz der Konsortialpartner, die Zugang zu großen Märkten haben.

Die Ausarbeitung von Geschäftsmodellen für die Nutzung der neuen Technologien wird eine Markteinführung ermöglichen. Dies wird durch eine gründliche Studie über die Bedürfnisse der Verbraucher begleitet. Berücksichtigt werden dabei auch geschlechtsspezifische Aspekte, um den ganzheitlichen Ansatz von Circular FoodPack zu vervollständigen und die Anwendung in großem Maßstab zu ermöglichen.

Zum Projekt

Die Entwicklungen werden von einer gründlichen Lebenszyklusanalyse (LCA) inklusive sozialer und ökologischer Auswirkungen sowie von einer Bewertung der Markt- und Verbraucherbedürfnisse begleitet, um schlussendlich ein wettbewerbsfähiges Geschäftsmodell zu schaffen. Das Projekt Circular FoodPack startete im Juni 2021 und läuft bis November 2024 mit rund 5,4 Millionen Euro EU-Fördermitteln aus dem europäischen Rahmenprogramm für Forschung und Innovation Horizon 2020.