50 µm und 15 µm Folie (rechts) hergestellt aus dem Rezyklat Mersalen LDP NCY. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)

50 µm und 15 µm Folie (r.), hergestellt aus dem Rezyklat Mersalen LDP NCY. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)

Kunststoffrecycling und damit Rohstoffrückgewinnung ist unerlässlich. Derzeit werden nur rund 10 % der Kunststoffabfälle im Kreislauf geführt. Das Erdöl wird knapper, das Verpackungsgesetz von EU und Bundesregierung fordert, die Recyclingquote bis 2022 deutlich zu erhöhen. Die Öffentlichkeit ist sensibilisiert und möchte, dass Verpackungen nachhaltiger werden. Zeit zu handeln.

„Die hochkomplexen flexiblen Verpackungsmaterialien wurden vor dem Hintergrund entwickelt, dass in Summe weniger Materialeinsatz nötig ist, weniger Nahrungsmittel verderben und Funktionalitäten erzielt werden, die ohne diese Materialkombination nicht zu erreichen sind“, betont Florian Riedl, Leiter Geschäftsentwicklung bei APK. „Würden diese Verpackungen auf Monomaterial umgestellt, so würde deutlich mehr Kunststoff benötigt. Der Konsument will jedoch weniger Kunststoff sehen.“ Deshalb haben diese mehrkomponentigen Verpackungsfolien nach wie vor ihre Berechtigung, wenn es um Funktionalität und Haltbarkeit geht. Dass sie recycelbar sind, ist eine neue Zusatzanforderung.

Bewährtes und Neues

Beim mechanischen Recycling werden Post-Industrial-Abfälle (PIR) und Post-Consumer-Abfälle (PCR) nach Sorten getrennt, mechanisch zerkleinert, aufbereitet und in den Wertstoffstrom zurückgeführt. Die Qualität der Rezyklate hängt jedoch stark von der Qualität des verarbeiteten Abfalls ab, sodass ein hoher Sammel- und Sortieraufwand erforderlich ist. Problematisch sind dünne, mehrschichtige Folien, wie sie für Wurst- und Käseverpackungen eingesetzt werden, denn sie bestehen meist aus verschiedenen Polymeren wie PE, PP, PA, PET und EVOH. Beim Sortieren können diese nicht eindeutig einer Materialtype zugeordnet und mechanisch nicht voneinander getrennt werden. Es existiert also ein undefinierter Rest, aus dem ein undefiniertes Rezyklat entsteht. Da es hierfür keine ausreichende Verwendung gibt, werden sie derzeit größtenteils thermisch verwertet, wodurch wertvolle Rohstoffe verloren gehen.

Mögliche Recyclingkreisläufe für Verpackungen nach dem Gebrauch. (Bildquelle: APK)

Mögliche Recyclingkreisläufe für Verpackungen nach dem Gebrauch (Bildquelle: APK)

Abhilfe für die Wiederverwertung von Mehrschichtmaterialien verspricht zum einen das chemische Recycling. Bei diesem Prozess werden die Kunststoffketten in ihre Monomere oder andere chemische Basiseinheiten zerlegt. Diese Aufspaltung, sowie die nachfolgende Neusynthese der Monomere zu Kunstoffen ist relativ energieintensiv. Eine Alternative zum chemischen Recycling bietet die lösemittelbasierte Newcycling Technologie der APK. Bei diesem neuartigen Verfahren werden die Polymerketten eines Kunststoffs gelöst, bleiben ansonsten aber nahezu unverändert, wodurch sich dieses Verfahren klar vom chemischen Recycling abgrenzt. Unter speziellen Bedingungen und Einsatz eines Lösemittels kann beispielsweise das Polyethylen (PE) eines Multimaterialverbundes in Lösung gebracht werden und alle anderen Schichten, inklusive Haftvermittler oder Kaschierklebstoff, bleiben fest. Dabei spielt es keine Rolle, aus wie vielen Schichten die Folie besteht. Versuche an 18-schichtigen Folien haben gezeigt, dass auch dort alle PE-Schichten herausgelöst werden. Das Verfahren ist für nahezu alle Polymere sowie biobasierte Materialien, geeignet.

Partner haben ein Ziel

Blick auf das Werksgelände des Recyclingunternehmens in Merseburg. (Bildquelle: APK)

Blick auf das Werksgelände des Recyclingunternehmens in Merseburg (Bildquelle: APK)

Entwickelt wurde das Newcycling-Verfahren von dem in Merseburg ansässigen Unternehmen APK. Es wurde im Jahr 2008 mit der Vision gegründet, aus Kunststoffabfällen sortenreine Kunststoffe mit Neuwarencharakter zu gewinnen. Investoren sind von Beginn an MIG Fonds, Pullach und AT Newtec, München. Seit Sommer 2018 besteht eine Kooperation zwischen dem Merseburger Unternehmen und der MOL Group, Budapest, Ungarn. Die strategische Partnerschaft mit dem Mineralölkonzern und Polymerhersteller basiert auf der dem Vorhaben des Konzerns, Aktivitäten im Recycling und echter Kreislaufwirtschaft auszubauen und innovative Technologien in Mittel- und Osteuropa anzusiedeln. Ziel ist es, Neuware und LDPE NCY (Newcycling) in Verpackungen einzusetzen.

Zunächst wurde auf dem Firmengelände im Chemiedreieck Leuna eine Anlage zum mechanischen Recycling von Post-Consumer-Abfällen errichtet. Sie verarbeitet 12.000 Tonnen Folienabfälle pro Jahr zu verschiedenen Post-Consumer-Rezyklaten (PCR). Die Abfälle werden aus diversen Abfallsortieranlagen zum Aufbereiten im Industriegebiet Merseburg Süd angeliefert. Das aus den PCR hergestellte Mersalen LDPE RCY (Recycling) wird für Extrusions- und Spritzgussanwendungen vor allem im Bau- und Gartenbereich eingesetzt. Die Erfahrungen im PCR flossen in die Entwicklung der Newcycling-Technologie ein, da der Vorprozess sehr ähnlich ist.

PE geht in Lösung

Prinzipdarstellung der Prozessschritte der Newcycling-Technologie. (Bildquelle: APK)

Prinzipdarstellung der Prozessschritte der Newcycling-Technologie (Bildquelle: APK)

„Parallel wurde das Newcycling-Verfahren entwickelt und im Jahr 2013 der Testbetrieb im Pilotmaßstab gestartet“, erklärt Florian Riedl. „Denn um eine echte Kreislaufwirtschaft bei Kunststoffverpackungen zu erreichen, sind Innovationen und neue Technologien essentiell.“ Für diese Recyclingmethode werden die Folien ebenfalls zerkleinert, gesichtet, das heißt, von unerwünschten Fremdstoffen, wie Metall, Holz, befreit und die Flakes einem Lösemittelbad zugeführt. „Aktuell verarbeiten wir auf unserer Newcycling Anlage nur Post-Industrial-Abfälle. Die nächste Anlage, welche sich bereits in der Planungsphase befindet, wird für die Aufbereitung von Post-Consumer-Fraktionen ausgelegt sein.“, sagt Riedl. Je nach Polymer, das in die Lösung übergehen soll, werden das Lösemittel und die Prozessparameter entsprechend gewählt.

Aktuell werden mit der Industrieanlage transparente und bunte Post-Industrial-Abfälle, wie Randbeschnitt, Ballen, Umstellrollen, aus PE/PA von europäischen Verpackungsfolienherstellern recycelt. Da der Hauptanteil dieser Verpackungsfolien Polyethylen ist, wird dieses aus dem Verbund gelöst. Ob es sich bei der Ware um ein coextrudiertes oder um ein laminiertes Produkt handelt, ist irrelevant.

Das Lösemittel ist ein Schlüssel

Die Lösemittelrückgewinnung ist ein wichtiger Schritt des Newcycling Prozesses. (Bildquelle: APK)

Die Lösemittelrückgewinnung ist ein wichtiger Schritt des Newcycling Prozesses. (Bildquelle: APK)

Es kommt ein spezielles Lösemittel zum Einsatz, welches Betriebsgeheimnis der APK ist. Dieses löst das PE aus sämtlichen Schichten des PE/PA Multimaterialverbundes auf. Zurück bleibt am Ende des Prozessschrittes eine Suspension aus gelöstem PE und festen Polyamidflakes. Anschließend wird diese Feststofffraktion mechanisch von der gelösten Fraktion getrennt, wodurch das PE vom PA separiert vorliegt. In den nachgelagerten Prozessstufen werden PE und PA vom Lösemittel befreit und anschließend zu Granulat extrudiert. Dadurch wird der Restlösemittelanteil im Granulat auf einen garantierten Wert von < 1.000 ppm reduziert. Die tatsächlich erzielten Werte liegen im niedrigen dreistelligen ppm Bereich. Das zurückgewonnene Lösemittel wird über entsprechende Reinigungsstufen zurück in den Lösemittelbehälter geführt und somit im Kreislauf gefahren.

Die im Prozess eingesetzten Aggregate sind mit denen in mechanischen Recyclinganlagen nicht vergleichbar und ähneln eher denen von in der Kunststoffneuwarenindustrie verwendeten Anlagen, was den hohen Qualitätsanspruch der erzeugten Granulate unterstreicht.

Entwicklung geht weiter

„APK sieht sich als Technologieunternehmen und nicht als Recyclingunternehmen“, führt Riedl aus. „Über 25 unserer 120 Mitarbeiter sind mit der Weiterentwicklung unseres Verfahrens beschäftigt.“ Durch die hohen Entwicklungsaktivitäten im eigenen Haus war es möglich, das Mersalen LDPE NCY an die Anforderungen des Marktes anzupassen. Brand Owner und Verpackungshersteller begrüßen das LDPE NCY mit neuwarenähnlichen Eigenschaften. Das Material verfügt zwar noch nicht über eine Lebensmittelzulassung, ist aber ansonsten in seinen Eigenschaften mit neu hergestellten Kunststoffen vergleichbar. Das Interesse an dem Material mit guter und konstanter Qualität für Verpackungen ist hoch, da ähnlich hochwertige Regranunalte am Markt aktuell nur begrenzt verfügbar sind.

Viele Brand Owner haben sich zum Ziel gesetzt, bis 2025 mehr Regranulate für Verpackungen einzusetzen und diese recyclingfähiger zu gestalten. Doch was bedeutet das? Wird nur die Menge an mechanisch recyceltem Kunststoff erhöht, ist dies nicht zielführend, denn aufgrund der Qualität eines Standardregranulats können daraus keine neuen Verpackungen hergestellt werden. Um diese herstellen zu können, müssen parallel Ströme aus beispielsweise gemischten und Folienabfällen als Rohstoffquelle genutzt werden. Hierfür sind neue oder veränderte Prozessabläufe sowie Verfahren nötig.

Eigenschaften bleiben konstant

Florian Riedl ist stolz auf die neuwareähnliche Qualität des produzierten Mersalen LDPE NCY-Rezyklats. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)

Florian Riedl ist stolz auf die neuwareähnliche Qualität des produzierten Mersalen LDPE NCY-Rezyklats. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)

Das über das lösemittelbasierte Recycling hergestellte Mersalen LDPE NCY wird etwa im Non-Food-Bereich für flexible Verpackungen wie Standbeutel für Reinigungs- oder Waschmittel, Etiketten eingesetzt. Erstes Interesse besteht auch für Umverpackungen von Kosmetik- und Hygieneartikel. Es substituiert dort je nach Anwendungsfall beispielsweise das Neuware LDPE in der Mittelschicht. Neuwareähnlich heißt für den Hersteller auch, dass die Granulate auf der bestehenden Anlage ohne Änderung der Parameter eingesetzt werden können. Die erhaltene Mehrschichtfolie ist optisch und in den Eigenschaften nahezu identisch, und kann auch beim Verpacker die Anlage durchlaufen, ohne dass die Prozessparameter angepasst werden müssen.

Vergleich der Eigenschaften der Newcycling-Produkte mit denen von Neuware. (Bildquelle: APK)

Vergleich der Eigenschaften der Newcycling-Produkte mit denen von Neuware(Bildquelle: APK)

Eigenschaften wie Viskosität und mechanische Werte (Zug-Modul und Charpy-Kerbschlagzähigkeit) liegen im Bereich von Neuware, ebenso die Transparenz der hergestellten Folien. Das Material wird bei den Verpackungsmittelherstellern auf Standardanlagen zu Cast- oder Blasfolien extrudiert. Es wird in Monolayer- und Mehrschichtfolien (PET/PE, PE/PP, PE/Alu) ebenso eingesetzt wie für Laminier- und Kaschieranwendungen. Das Mersalen LDPE NCY ist mit MFI-Werten von 1 und 2 g/10 min erhältlich. Das erzeugte Polyamid Mersamid PA6 NCY wird von Compoundeuren zu verstärkten und unverstärkte Compounds weiterverarbeitet und wird in technischen Spritzgussteilen eingesetzt.

Die Erweiterung des hauseigenen Labors ist nahezu abgeschlossen. Neben mechanischen Prüfungen wie Zug- und Schlagprüfungen werden auch rheologische wie beispielsweise Melt-Flow-Index, Infrarotspektroskopie sowie DSC zur Qualitätssicherung durchgeführt. Ebenso befindet sich dort eine Newcycling-Anlage im Labormaßstab, um Löseversuche an Polymeren durchzuführen und Prozessparameter zu ermitteln. In den Räumlichkeiten ist auch ausreichend Platz für eine Spritzgießmaschine. Mit dieser werden die Probekörper für die mechanischen Prüfungen gefertigt.

Ausbau in mehreren Stufen

Die vorindustrielle Pilotanlage wurde in eine Industrieanlage hochskaliert, um die Technologie im Industriemaßstab produktionsfähig zu zeigen. Diese nahm im Juni 2019 ihren Betrieb auf. In Kürze wird sie in den Volllastbetrieb gehen und pro Jahr circa 8.000 Tonnen Newcycling-Rezyklat, davon sind 70 Prozent LDPE und 30 Prozent PA, herstellen. Dies entspricht der Zusammensetzung der zugeführten Verpackungsfolien. Die Anlage in Merseburg ist so ausgelegt, dass ein Material gelöst werden kann.

Desweiteren könnte auch eine PE/PP/PA-Verbundfolie in ihre drei Polymere getrennt werden. Im ersten Schritt wird das PE, im zweiten das PP aus den Flakes gelöst, das PA bleibt fest. „Im Labor können auch noch mehr Kunststoffe voneinander getrennt werden. Eine großtechnische Anlage sollte so viele Stufen besitzen, wie es wirtschaftlich ist, die vorhandenen Materialienanteile zu trennen“, erläutert Riedl.

Additive sind separat zu entfernen

Das Löseverfahren eignet sich auch für die Extraktion von Farbpigmenten und Additiven. Dies ist jedoch mit der derzeit betriebenen Anlage nicht vorgesehen, wurde aber im Labor und mit Partnern in größerem Maßstab gezeigt. Die Entfernung der Farben wird wichtig, wenn PCR verarbeitet wird.

Für die Trennung der Kunststoffzusätze und Druckfarben wurden ebenfalls Partnerschaften geschlossen. Der Chemiekonzern Clariant, Muttenz, Schweiz, unterstützt hinsichtlich der Extraktion von Additiven und Pigmenten aus der Polymerlösung. Auf die Unterstützung von Siegwerk, Siegburg, einem Hersteller von Druckfarben, können die Merseburger zählen, wenn es um die Entfernung der Farbpigmente geht.

Großversuch mit PCR in Vorbereitung

Ende des zweiten Quartales 2020 ist eine sechswöchige Testphase mit 600 Tonnen PCR verschiedener Fraktionen geplant. Hierfür werden die Abfälle zunächst über die mechanische Recyclinganlage gefahren, da diese eine Waschanlage beinhaltet. Die Flakes werden dann dem Newcycling-Prozess zugeführt. Während dieser Testphase wird auch die Extraktion von Additiven, Pigmenten und Druckfarben erfolgen.

„Die generierten Ergebnisse und Erfahrungen dieser Kampagne fließen in die Planung der neuen Anlage für Post-Consumer-Abfälle ein, die eine Kombination einer mechanischen und einer Newcycling-Anlage sein wird“, erklärt Riedl. Dies ist erforderlich, da aus wirtschaftlichen und qualitativen Gründen aus dem gemischten PCR-Strom alles entfernt werden muss, was nicht Kunststoff ist, beispielsweise organische Reste, Papier, Metall. Die PCR-Anlage übergibt die getrockneten Flakes an den lösemittelbasierten Prozess.

Zugeführt werden dem Prozess verschiedene Folienabfallfraktionen (PCR) mit einem hohen Gehalt an Polyolefinen. Das komplette PE in den Folienabfällen, dessen Anteil bei PE lastigen Folienabfällen typischerweise über 90 Prozent liegt, wird in Lösung gebracht, der Rest wird je nach Zusammensetzung verwertet. „Der Prozess kann auch für die Verarbeitung von anderen Abfallfraktionen und Mischungen ausgelegt werden“, beschreibt Florian Riedl. „Beispielsweise kann aus einer gemischten Folienfraktion, welche aus 40 Prozent LDPE und 40 Prozent PP besteht, sortenreines LDPE und PP Granulat zurückgewonnen werden.“ Der Schwertpunkt der Technologieentwicklung liegt auf den Polyolefinen, da diese den Hauptanteil von Verpackungsfolien ausmachen.

Klare Ziele vor Augen

Die Inbetriebnahme der neuen PCR-Newcycling-Anlage mit einer Ausstoßmenge von 20.000 Tonnen pro Jahr ist für 2022 in Osteuropa geplant. Der derzeit reine Trennprozess der Polymere wird dort aufgrund des PCA zu einem Extraktionsprozess aufskaliert sein, um Additive, Farbpigmente und Geruchsstoffe herauszuholen. Außerdem soll das PA NCY-Regranulat in den kommenden 2 Jahren für weitere Märkte, wie Automotive, zertifiziert werden. Die Lebensmittelzulassung für das LDPE NYC wird weiter forciert. Die APK plant weiterhin als Technologieentwickler tätig zu sein und Anlagen als Joint-Ventures oder als Lizenz am Markt zu installieren. Das Ziel ist klar: Verpackungsabfälle, auch Multimaterialverbunde, als Rohstoffquelle für neuwarenähnliche Einstoffrezyklate zu nutzen.

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Über den Autor

Simone Fischer

ist Redakteurin Plastverarbeiter.

simone.fischer@huethig.de