Effiziente Logistik und Transportverpackungen

In Zeiten wirtschaftlicher Unsicherheiten und angesichts steigenden Wettbewerbsdrucks suchen selbst etablierte Unternehmen nach Wegen zur Optimierung ihrer Prozesse. Das Optimieren von Primär- und Transportverpackungen bietet ungenutzte Potenziale zur Kostensenkung und Effizienzsteigerung.

Um neue Verfahren zum Recycling Polyethylen-basierter Lebensmittelverpackungen ging es in dem Projekt Circular FoodPack. Die Projektpartner haben dabei eine Tracer-basierte Sortiertechnologie zur Trennung von Lebensmittel- und Nicht-Lebensmittel-Verpackungsabfällen angewandt und validiert. Durch die Kombination neuartiger Vor- und Nachbehandlungstechnologien mit mechanischen oder lösemittelbasierten Recyclingverfahren lassen sich Druckfarben, Gerüche und andere Verunreinigungen aus Verpackungsabfällen entfernen. Die so gewonnenen Post-Consumer-Rezyklate erfüllen die Qualitätsanforderungen für die Weiterverarbeitung zu neuen flexiblen Verpackungen. Sie können in neue Verpackungen für Haushalts- und Körperpflegeprodukte integriert und zukünftig, zusammen mit einem neu entwickelten Barrierekonzept, auch in Lebensmittelverpackungen eingesetzt werden. Koordiniert hatte das Projekt das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV mit Sitz in Freising. Insgesamt waren 15 Unternehmen und Forschungseinrichtungen beteiligt. Die Europäische Union förderte das Projekt Circular FoodPack, das von Juni 2021 bis November 2024 lief, mit rund 5,4 Millionen Euro. „Unsere Sortier- und Recyclingverfahren für Post-Consumer-Lebensmittelverpackungsabfälle liefern hochwertige und reine Polyethylen-Rezyklate, die sich für den Einsatz in neuen Verpackungen für empfindliche Inhalte eignen. Mit diesen technologischen Innovationen wollen wir die Kreislaufwirtschaft in Europa voranbringen, die Recycling-Industrie stärken und einen Beitrag zum Erreichen der PPWR-Ziele leisten“, sagte Projektkoordinatorin Dr. Esra Kücükpinar vom Fraunhofer IVV. Investitionen und weitere Forschung seien erforderlich, um die Circular-FoodPack-Technologien in die industrielle Kreislauf-Wertschöpfungskette zu implementieren und die Integration von PE PCR in Lebensmittelverpackungen weiter zu bewerten und zu verbessern.

Herausforderungen von Lebensmittelverpackungen gemeistert

Für die Verpackung von Lebensmitteln, Haushalts- und Körperpflegeprodukten werden von der Industrie aktuell flexible Kunststoff-Mehrschichtverbunde eingesetzt, die aus verschiedenen Materialien bestehen. Diese Verbunde schützen durch ihre Barriere-Eigenschaften die verpackten Produkte vor verschiedenen Einflüssen wie Sauerstoff und Feuchtigkeit und erfüllen damit die vorgegebenen Anforderungen bezüglich Sicherheit und Hygiene. Wie das Fraunhofer IVV mitteilte, war es bislang jedoch nicht möglich, die Kunststoffschichten wieder voneinander zu trennen, was das Recycling erschwerte. In Europa werden sie in der Regel verbrannt oder landen auf Mülldeponien. Zudem verbietet die EU-Gesetzgebung die Verwendung von Recyclingmaterial aus Nicht-Lebensmittelverpackungen für die Herstellung neuer Lebensmittelverpackungen. Bisher konnte außerdem kein Sortiersystem zwischen Lebensmittel- und Nicht-Lebensmittelverpackungen in einem gemischten Abfallstrom unterscheiden und diese voneinander trennen. Und: es fehlten fortschrittliche physikalische Recyclingverfahren, die Verunreinigungen, Verfärbungen und Gerüche aus dem Kunststoff-Mehrschichtverbund entfernen, um die Wiederverwendung in flexiblen Lebensmittelverpackungen zu ermöglichen. All diese Herausforderung hat das EU-Projekt Circular FoodPack laut Fraunhofer IVV nun erfolgreich gemeistert.

Trennung von Lebensmittel- und Nicht-Lebensmittelverpackungen

Mit der Tracer-basierten Sortiertechnologie (TBS) hat das Konsortium ein Sortierverfahren für flexible Lebensmittelverpackungen entwickelt, das mithilfe von fluoreszierenden Leuchtstoffen (Tracer), die während der Produktion aufgedruckt werden, zwischen Lebensmittel- und Nicht-Lebensmittelverpackungen unterscheidet. Die neue Sortiertechnologie nutzt einen Laser, um in einem gemischten Abfallstrom nach den Nahinfrarot-Emissionen des fluores- zierenden Tracers zu suchen und die erkannten Lebensmittelverpackungen entsprechend auszusortieren. Das optische System lässt sich laut den Forschenden ohne große Kosten oder Aufwendungen in bestehende Sortieranlagen nachrüsten. In einer Reihe von groß angelegten Tests erreichten die Projektpartner für die mit der TBS-Technologie sortierten Lebensmittelverpackungen eine gleichmäßige Sortierreinheit von 99 Prozent.

Recycling von Post-Consumer-Lebensmittelverpackungen

Weiterhin entwickelten die Forschenden Vor- und Nachbehandlungstechnologien, die in einer hochwertigen Recyclingkaskade für Kunststoffverpackungen eingesetzt werden können. Bei den von der TBS sortierten Lebensmittelverpackungsabfällen konnte eine Vorbehandlung die Kunststoff-Mehrschichtverbunde einschließlich der als Funktionsbeschichtung verwendeten „Primer“ durch ein wasserbasiertes Delaminierungs- und Deinkingverfahren erfolgreich trennen und die Druckfarben zu 95 Prozent entfernen. Die Infrarot-Desodorierungstechnologie entfernt flüchtige Substanzen und reduziert auch den Geruch des Granulats um 95 Prozent. Mithilfe eines lösungsmittelbasierten Recyclingverfahrens (von Fraunhofer IVV und CreaCycle gemeinsam entwickelte CreaSolv-Formulierungen), das Polyethylen aus Laminaten herauslöst und von verschiedenen Verunreinigungen wie Additiven, Druckfarben und Gerüchen trennt, konnten die Forschenden recyceltes Polyethylen aus flexiblen Verpackungsabfällen gewinnen. Dieses Polyethylen-Post-Consumer-Rezyklat (PE PCR) ist rein genug, um für die Herstellung von Verpackungen für Haushalts- und Körperpflegeprodukte wiederverwendet zu werden. Und wenn das PE PCR aus Rohstoffen gewonnen wird, die mithilfe der Tracer-Technologie sortiert wurden, könnte es in Zukunft für neue Lebensmittelverpackungen verwendet werden, und zwar zur Sicherheit hinter neu entwickelten „funktionellen Migrationsbarrieren“, die in neuen Verpackungen das Rezyklat von lebensmittelberührenden Schichten trennen.

Hands-on Vorgehensweise zur Füllgradoptimierung

Neben der Elektrifizierung können thermische Speicher aber auch bisher ungenutzte Potenziale bei der Abwärme heben. Die Rückgewinnung von Überschusswärme und ihre Speicherung für die spätere erneute Nutzung als Primärenergie in einer Art Prozesswärme-Recycling verringert ebenfalls die Abhängigkeit von fossilen Energiequellen, spart Energiekosten und Emissionen. So arbeiten viele Papierhersteller bereits jetzt mit Wärmerückgewinnungsanlagen. Thermalspeicher können diese sinnvoll ergänzen und eine flexible Steuerung des Wärmerecyclings ermöglichen. Dieses Verfahren findet bei einem der weltweit größten Düngemittelhersteller Yara im norwegischen Porsgrunn Anwendung. Die dampfbasierten thermischen Speicher – die ersten ihrer Art im industriellen Einsatz – ermöglichen Yara, nicht bedarfsgerecht erzeugte Energie in Form von Dampf zurückzugewinnen und je nach Einsatzbedarf für verschiedene Prozesse der Anlagen wieder in das Dampfnetz einzuspeisen. Diese Form des sogenannten Steam Grid Balancing sorgt dafür, dass weniger fossile Brennstoffe für die Erzeugung zusätzlichen Dampfs eingesetzt werden müssen und Fluktuationen in Produktion und Energieeinspeisung ausgeglichen werden können.

Monomaterial-Verpackungen mit bis zu 50 Prozent PCR-Anteil

Innerhalb des Projekts wurde zudem ein Konzept für recycelbare, flexible Lebensmittelverpackungen auf Monomaterialbasis unter Verwendung von Polyethylen entwickelt. Dabei standen die Integration von Tracern für die Sortierbarkeit und die Verwendung von Polyethylen-Post-Consumer-Rezyklaten (PE PCR) hinter einer funktionellen Migrationsbarriere im Mittelpunkt. Beim gewählten Ansatz verwendeten die Forschenden eine PCR-Schicht in einer Sandwich-Struktur zwischen zwei funktionellen Barriereschichten, um eine Set-off-Migration zu verhindern und die Sicherheit zu erhöhen. Die neuen Tracer werden in die Druckfarben der Verpackungen integriert, die dann während des Wasch-/Deinking-Vorgangs im Recyclingprozess der Verpackungsabfälle wieder vollständig entfernt werden können. So stellten sie eine Verpackungsfolie mit bis zu 50 Prozent PE PCR im industriellen Maßstab her, die die technischen Anforderungen für flexible Lebensmittelverpackungen erfüllt. Praktische Tests zur Maschinengängigkeit der Folie bei der Herstellung verschiedener Verpackungsformate wie Schlauchbeutel, Bodenfaltenbeutel, Standbodenbeutel und Siegelrandbeutel (Sachets) zeigten Erfolg.