Die Covid-19-Pandemie hat auch die Kunststofferzeuger hart getroffen. Doch nicht alle Kunststoffe sind gleichermaßen betroffen. Während die häufig in der Automobilindustrie verwendeten technischen Kunststoffe unter dem Einbruch des Fahrzeugabsatzes leiden, profitieren etwa Polyolefine teilweise von der Krise. Und auch wenn die Pandemie gerade alle anderen Themen in den Hintergrund rückt, schreitet dennoch die Entwicklung etwa bei der Kreislaufwirtschaft, Elektromobilität und Digitalisierung weiterhin voran. Über die gegenwärtige Situation und die zukünftige Entwicklung sprach Kunststoffe mit Vertretern der Kunststofferzeuger.

Expertengespräch zu Trends und Herausforderungen bei Werkstoffen

Polybutylenterephthalat

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Verpackungsmaterial

Logistik

Automotive

Elektronik

Polyethylen

Streifinger, Florian

Kunststoff-Aufbereitung

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Recycling

Umweltmanagement

Polyamide

Polyvinylchlorid

Standardkunststoffe

Polyethylenterephthalat

Technische Kunststoffe

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Rezyklat

„Wir teilen den Optimismus von  Wirtschaftsminister Altmaier nicht“

Die fünf Unternehmen DSM, Sabic, Cepsa, Fibrant und Viscofan haben zusammen eine Mehrschicht-Darmfolie für Fleischprodukte entwickelt, die mit recycelten Kunststoffen aus Verbrauchsquellen gefertigt wird.

Fünf Unternehmen kooperieren bei Lebensmittelfolie

In der Diskussion um Plastik-Einwegpfand und verbesserte Sammelquoten in Österreich präsentieren Coca-Cola und Reclay eine innovative App-Lösung für den Umgang mit PET-Flaschen: Wer richtig recycelt, wird belohnt!

Anwendersoftware

Auswerte- und Analysesoftware

Software

Lagertechnik

Coca-Cola und Reclay Group präsentieren „Belohnungs-App“ für Konsumenten

Fast schon zwei Jahrzehnte unterstützt ein Expertengremium die Zeitschrift Kunststoffe in jährlichen Arbeitstreffen dabei, den Standort der Kunststoffbranche und aktuelle technologische Entwicklungen zu bestimmen. Der traditionsreiche Frühjahrstermin bot diesmal Gelegenheit, die Coronafolgen mit in den Blick zu nehmen.

Aktuelle Herausforderungen und Handlungsoptionen für die Kunststoffindustrie

Wirtschaftspolitik in Deutschland

Wirtschaft

Klotz, Karlhorst, Dr.

Internationale Wirtschaft

Verpackungsanlagen

Coilhandling

Kunststoff-Verpackungsmaschine

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Sondermaschinen

Medizintechnik

Durchstarten im Zeichen von Corona

Die Marschrichtung scheint klar: Mehrschichtverpackungen müssen künftig besser recycelbar sein – aber was heißt das technisch? Und welche Lösungen braucht und akzeptiert der Markt?

Wie sich Folienverpackungen weiterentwickeln müssen

Flachfolienanlagen

Extrusionsanlagen

Nachhaltigkeit

Folien

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Nachholbedarf in Europa

Das steigende Aufkommen an Kunststoffabfällen und die wachsende Verschmutzung der Meere durch solche Abfälle haben den nachhaltigen Umgang mit Kunststoffprodukten zunehmend in den gesellschaftlichen und politischen Fokus gerückt.

Warum Folie aus Altkunststoff nicht zwangsläufig nachhaltig ist

Blasfolienextrusion

Flachfolien- und Plattenextrusion

Extrusion

Folienblasanlagen

Kreislaufwirtschaft

3D-Blick auf Nachhaltigkeit

Dr. Isabell Schmidt sprach mit Kunststoffe über die Sorgen und Nöte der Branche und über Einflussmöglichkeiten auf den ökologischen Wert von Kunststoffverpackungen.

Kunststoffverpackungen verbinden hohe Schutzfunktion mit sehr guter Recyclingfähigkeit

Verbände, Institutionen, Messen

Dienstleistungen

Recycling gleich mitdenken

Kunststoffe zählen zu den am meisten verwendeten Lebensmittelkontaktmaterialien. Im Kampf gegen Kunststoffabfälle wird auch der Einsatz von Recycling-Kunststoffen in Verpackungen forciert, wobei für Lebensmittelverpackungen bestimmte Voraussetzungen erfüllt werden müssen, damit sie als sicher gelten können.

Kunststoffrecycling für den Lebensmitteldirektkontakt und alternative Einsatzgebiete

Verpackungsmittel aus Kunststoffen

Kunststoffverarbeitung

Lebensmittelechtes  Post-Consumer-Rezyklat

Kunststoffabfälle im Meer prägen seit einigen Jahren das negative Image der Branche. Verschiedene Initiativen und Zusammenschlüsse von Firmen haben deshalb Projekte ins Leben gerufen, um diesen Ocean-bound Plastics (OBP) Herr zu werden.

Flammschutz für Compounds aus recycelten Ocean-bound Plastics

Kunststoffe

Photonik

Optik

Flammschutzmittel

Additive

Vom Meer in die Elektronik

Wegen seiner guten Temperaturbeständigkeit, Schlagfestigkeit und ansprechenden Optik kommt Acrylnitril-Butadien-Styrol häufig bei Haushaltsgeräten und in der Automobilindustrie zum Einsatz. Auch beim Aufbau einer Kreislaufwirtschaft sind Erfolge zu verzeichnen. Immer mehr ABS werden mit Recyclinganteilen angeboten. Darin besteht eine Parallele zu Polystyrol (PS), bei dem es ebenfalls große Recyclinganstrengungen gibt.

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS): Recycling und Kreislaufwirtschaft nimmt Gestalt an

Polystyrol

ABS / ASA-Kunststoffe

Nachhaltigkeit im Fokus

Leichtbau, Funktionalität und Design prägen die Materialentwicklung in den Einsatzgebieten von Polycarbonat-Compounds, -Composites und -Folien. Große Chancen bestehen in der Mobilität der Zukunft, im Strukturleichtbau mit endlosfaserverstärkten Composites, in der 5G-Technologie und der Medizintechnik.

Polycarbonat (PC): Aufregende Designs durch hohe Oberflächenqualität und neue Verfahren

Polycarbonat

Medizinprodukte

Werkstoff für viele Trends

Fast 700 Unternehmen quer durch die Kunststoff-Wertschöpfungskette sind europaweit bereits Teil von Operation Clean Sweep (OCS) und tragen dazu bei, das Aufkommen von Kunststoffgranulaten in der Umwelt zu verringern. Dies geht aus dem nun veröffentlichten OCS-Fortschrittsbericht von Plastics Europe hervor.

Kunststoffe, biobasiert

Biokunststoffe

Fluorkunststoffe

Füllstoffe für Kunststoffe

Kunststoffe, bioabbaubar

Verbände

kunststoffe.de

Hochleistungskunststoffe

PlasticsEurope veröffentlicht Bericht von Operation Clean Sweep

Der Fortschritt bei Fügetechnologien wie dem Laserdurchstrahlschweißen, die steigende Nachfrage nach wärmeleitenden Kunststoffen, der Leichtbau und die Elektromobilität gehören in der Material- und Anwendungsentwicklung mit Polyamid zu den großen Trends. Auch bei bei diesem Polymer wächst der Bedarf an nachhaltigeren Werkstoffen. Geschlossene Stoffkreisläufe werden deshalb künftig in der Herstellung von PA 6 und PA 66 eine immer wichtigere Rolle spielen.

Polyamid (PA): Produktverbesserungen und Ersatz von PA 66 durch PA-6-Compounds

Hybridtechnik

Spritzgießen

Compound

Vibrationsschweißen

Verbindungstechnik Verfahren

Thermisches Fügeverfahren

Hybridwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Laserschweißen

Laserauftragsschweißen

Oberflächentechnik

Laserbearbeitungen

Lasertechnik

Kunststofffasern

Verstärkungsstoffe

Verbesserungen bei Materialien und  der Verarbeitung

Das Kreislaufsystem für PET-Flaschen in Deutschland ist eine Erfolgsgeschichte des Recyclings. Bei vielen anderen Polyestern stockt die Wiederverwendung aber noch. Oft liegt das an den zugesetzten Additiven oder Verunreinigungen durch die Nutzung.

Wie das Recycling von Polyestern effizienter gestaltet werden soll

Polyester

Additive entfernen, Energie sparen

Gerade bei hochwertigen Polymeren lohnt sich die Wiederverwendung von Produktionsabfällen. Ein Forschungsprojekt konnte nun Zweifel daran ausräumen, dass Anteile an rezyklierten Kunststoffen von mehr als 25 % die Eigenschaften der Bauteile zu sehr schwächt.

Mehr als ein Viertel Polyamid-Produktionsabfälle für das Spritzgießen verwenden

Recycling flammgeschützter  Produktionsabfälle

PET-Flaschen können zu neuen Lebensmittelverpackungen rezykliert werden. Rückholsysteme und Recyclingverfahren sind seit Langem großtechnisch etabliert. PET-Flaschen aus 100 % Post-Consumer-Rezyklat sind bereits am Markt. Auch eine Variante aus nachwachsenden Rohstoffen gibt es. Solch eine positive Bilanz kann kein anderer Verpackungskunststoff bieten. Dennoch steht PET in der Kritik.

PET-Flaschen können zu neuen Lebensmittelverpackungen rezykliert werden. Rückholsysteme und Recyclingverfahren sind seit Langem großtechnisch etabliert. Dennoch steht PET in der Kritik.

Polyethylenterephthalat (PET) für Verpackungsanwendungen zeigt weiterhin stabile Wachstumsraten. In der Zeit von 2006 bis 2016 verdoppelte sich der PET-Verbrauch (ohne Fasern) von etwa 12 auf 21 Mio. t. Für das Jahr 2018 wurden etwa 24 Mio. t prognostiziert, und auch 2019 soll es eine Steigerung auf etwa 25 Mio. t geben (Quelle: Polyglobe). Das Wachstum geht vor allem von den asiatischen Märkten aus. Aber auch in Europa und Nordamerika zeigt sich ein moderater Anstieg. In den letzten zwei Jahren gab es jedoch bei PET-Neuware keine großen Neuinvestitionen in Polymerisationsanlagen oder beachtenswerte Technologiesprünge. Nimmt man die Fasern mit dazu, lag die weltweite Produktionskapazität 2018 bei etwa 33 Mio t. China besitzt mit 35 % die größten Produktionskapazitäten, gefolgt von den USA mit 11 % und Indien mit 7 % (Quelle: Kunststoff Information). Bild 1 zeigt die fünf größten Hersteller von PET mit ihren Produktionskapazitäten aus dem Jahr 2017 (Quelle: Statista). Die damalige Nummer Zwei im PET-Markt Mossi & Ghisolfi (M&G), Tortona/Italien, hat mittlerweile allerdings Insolvenz angemeldet.

Polyethylenfuranoat (PEF) wird seit Jahren als biobasierte Alternative zu PET angepriesen. Terephthalsäure ist bei diesem Polymer durch Furandicarbonsäure ersetzt, die aus nachwachsenden Rohstoffen wie C6-Zuckern, also Monosacchariden mit sechs Kohlenstoffatomen, hergestellt werden kann. Doch das hochgelobte Biopolymer lässt auch seit Jahren auf sich warten. Die BASF ist aus dem gemeinsamen Projekt mit Avantium unter dem Namen Synvina wieder ausgestiegen. Die Markteinführung von PEF ist auf 2025 verschoben. Avantium lässt derweil verlauten, dass man nun alleine PEF zur Marktreife bringen will.

Dabei hat PEF sehr positive Polymereigenschaften. Das hat sehr wahrscheinlich für die etwas übertriebenen Erwartungen der Branche an die Markteinführung gesorgt. Die Glasübergangstemperatur von PEF ist mit 86 bis 88 °C etwas höher als bei PET (69 bis 74 °C). Das deutet auf niedrigere Diffusion bzw. auf eine bessere Barriere hin. Die Sauerstoffbarriere von PEF soll etwa sechs bis zehn Mal stärker sein als die von PET. Das würde PEF-Flaschen für sauerstoffempfindliche Füllgüter wie Bier oder Säfte ohne zusätzliche Sauerstoffbarrieren oder aktive Sauerstofffänger möglich machen. Auch die Barriereeigenschaften für Kohlendioxid und Wasserdampf sind um den Faktor vier bis sechs bzw. zwei höher als beim traditionellen PET. Auf der anderen Seite ist die Verarbeitungstemperatur mit etwa 235 °C niedriger als bei PET (265 °C). Bei der Produktion von PEF-Flaschen spart das im Vergleich zu PET Energie ein. Aber noch ist PEF nicht auf dem Markt, und die Barriereeigenschaften sind lediglich an Pilotmengen ermittelt worden. Es bleibt abzuwarten, ob sich die genannten und die erhofften günstigeren Eigenschaften von PEF im Vergleich zu PET bewahrheiten. Selbst wenn alles positiv verläuft, wird es PEF nicht sofort mit dem seit Jahrzehnten am Markt etablierten PET in allen Bereichen aufnehmen können.

Das ist alleine schon an der Größe der Produktionsanlagen zu sehen. Während bei PET Polymerisationsanlagen mit einer Kapazität von 500 000 t/a in Betrieb sind, gibt es bei PEF eher die Aussicht auf eine kleinere Anlage mit einer Produktionskapazität von 5000 bis 10 000 t/a. Wenn die Probleme bei der Polymerisation gelöst sind und PEF auf den Markt kommt, kann dieses Verpackungspolymer jedoch langfristig die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen reduzieren.

Auch beim Recycling punktet PEF. Bis zu einem gewissen Grad kann es sogar die etablierte Recycling-Infrastruktur von PET mit nutzen. Ein Anteil von 2 % PEF im Recyclingstrom von PET gilt als nicht störend. Das erleichtert die Markteinführung erheblich. Übersteigt der PEF-Flaschenanteil jedoch 2 %, sollte über eine getrennte Erfassung des Rücklaufs nachgedacht werden.

100 % biobasiert ist PEF, wenn auch das zweite Monomer Ethylenglycol aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugt wird. Biobasiertes Ethylenglycol kann aber auch für PET eingesetzt werden. Um die sogenannte Plant-Bottle mit einem Anteil von etwa 30 % nachwachsenden Rohstoffen ist es allerdings in den letzten Jahren ruhig geworden. Genauso wie um Polymilchsäure (PLA), den anderen biobasierten Konkurrenten von PET. Der Marktanteil von Getränkeflaschen aus PLA ist verschwindend gering und damit keine ernsthafte Konkurrenz zu PET. PLA wird eher im Cateringbereich eingesetzt oder bei Folien als Alternative zu PET. Aber auch dort ist ihr Marktanteil mit weniger als 1 % sehr gering, wie eine aktuelle Marktstudie ergeben hat (Quelle: FNR). Die Verpackungsbranche setzt eher auf Recycling als auf Biopolymere.

Über den Verpackungsverbrauch und die Kreislaufwirtschaft wurde noch nie so viel diskutiert, wie in den letzten Monaten. PET ist in diesem Punkt eigentlich der Erfolgswerkstoff unter den Polymeren (Bild 2). PET-Flaschen können zu 100 % in neue Verpackungen rezykliert werden. Rückholsysteme und sogenannte Super-Clean-Recyclingprozesse, welche Rezyklate für Lebensmittelanwendungen herstellen, sind seit mehr als 20 Jahren eta-bliert. Flaschen aus 100 % Post-Consumer-Rezyklat sind am Markt. Eine solche  positive Bilanz kann kein anderer Verpackungskunststoff bieten. Dennoch stehen PET-Flaschen in der Öffentlichkeit massiv in der Kritik.

Die PET-Flasche wird in den Medien als Sinnbild unserer Wegwerfkultur gesehen und nicht als Teil einer bereits eta-blierten Kreislaufwirtschaft. Die Diskussion um „Circular Economy“ ist verbunden mit Marine Litter. Eine maßgebliche Rolle spielen dort Verpackungen, darunter auch PET-Flaschen. Dass die Vermüllung der Ozeane nicht weitergehen darf, darin sind sich alle einig. Die hauptsächlichen Eintragsquellen liegen jedoch außerhalb Europas, in Ländern, die zwar den Konsum von Verpackungen für sich erschlossen, jedoch noch keine Recycling-Infrastruktur aufgebaut haben. Diese Länder benötigen ein Rückhol- und Recyclingsystem. Aber selbst hochentwickelte Staaten wie die USA liegen beim PET-Recycling im Vergleich zu Europa weit zurück. Die weltweite Quote für das Recycling von PET-Flaschen liegt bei über 50 %, in den USA aber nur bei knapp 30 % (Quelle: Statista, Tabelle). Mit einer deutlichen Erhöhung ist nicht zu rechnen. Geschätzt wird, dass die Quote in den USA bis 2025 auf 33 % und bis 2030 auf gerade einmal 36 % steigen wird (Quelle: Kunststoff Information). Da sind Schwellenländer wie die Philippinen schon deutlich weiter (Tabelle).

In Europa wurden dagegen in den letzten Jahrzehnten effektive Rücknahme- und Recyclingsysteme aufgebaut. Laut den Zahlen des Europäischen Verbands Petcore kamen 2017 in Europa etwa 3,31 Mio t PET-Flaschen auf den Markt. 58,2 %, also 1,93 Mio t, wurden wieder gesammelt und in neue Anwendungen rezykliert. Die Rezyklatmenge lag damit etwa 2,9 % höher als 2016. Gleichzeitig sank jedoch die Rücklaufquote von 59,8 auf 58,2 % (Quelle Petcore, Bild 3). Länder wie Deutschland haben aufgrund des Pfandsystems bereits eine Recyclingquote von 97 % aller in den Verkehr gebrachten Pfandflaschen. Bezieht man auch Nicht-Pfandflaschen ein, werden 93 % recycelt (Quelle GVM/Forum PET). In südlichen EU-Staaten liegt die Rücklaufquote bei 30 bis 40 % oder gar darunter (Quelle Petcore).

Um die hochgesteckten Europäischen Recyclingziele zu erreichen, denken nun weitere Länder über ein Pfand auf PET-Flaschen nach. Derzeit gibt es europaweit zehn Länder mit Pfandsystemen für Einweg-Flaschen: Schweden (eingeführt seit 1984), Island (1989), Finnland (1996), Norwegen (1999), Dänemark (2002), Deutschland (2003), Niederlande (2005), Estland (2005), Kroatien (2006) und Litauen (2016) (Quelle: Reloop). Länder wie Frankreich, Großbritannien, Irland, Malta, Portugal, die Türkei und Rumänien planen die Einführung, um die PET-Sammelmengen zu erhöhen. Entscheidend ist jedoch nicht nur die Sammelmenge über Pfandsysteme. Der Pfand-Rücklauf ist sehr gut kontrolliert und nur gering verschmutzt. PET-Flaschen aus Pfandsystemen sind damit ein ideales Eingangsmaterial für einen geschlossenen Recyclingkreislauf.

Verluste im System und chemische Wiederaufbereitung

Die meisten Rezyklate gingen 2017 europaweit mit rund 40 % in Folienanwendungen. Folien sind daher nach wie vor der Hauptanwendungsbereich von PET-Rezyklaten. 29,5 % des Rezyklats gingen in Flaschenanwendungen, 15,5 % in Fasern. Die restlichen 15 % wurden in Umreifungsbänder oder andere Produkte rezykliert (Quelle: Petcore). Die Zahlen zeigen, dass zwei Drittel der gesammelten PET-Flaschen nicht wieder in Flaschen rezykliert werden, sondern in Folien und Fasern (Titelbild). Die daraus hergestellten Schalen und Kleidungen werden jedoch nicht rezykliert und gehen dem PET-Kreislauf damit verloren. PET-Schalen werden zwar über die Kunststoffsammlungen gesammelt, durch Siegel- und Multilayer-Schichten sind diese Verpackungen bislang jedoch nicht rezyklierbar und nach dem neuen deutschen Verpackungsgesetz nun auch als solche eingestuft. Das ist für die Berechnung der Gebühren und auch für das Image von PET-Verpackungen nachteilig, und daher soll sich das ändern. Es haben sich Konsortien zusammengeschlossen, welche auch PET-Schalen rezyklieren möchten. Der Weg dorthin ist jedoch noch weit. Für Anwendungen im Lebensmittelbereich müssen die angewandten Verfahren eine Zulassung bei der Europäischen Lebensmittelsicherheitsbehörde (EFSA) erreichen. Dieser Vorgang braucht einiges an experimentellen Daten zur Konzentration möglicher Post-Consumer-Substanzen und Abbauprodukte sowie zur Reinigungseffizienz des Recyclingverfahrens.

Eine Renaissance erfährt derzeit das chemische Recycling. Entwickelt wurden entsprechende Verfahren bereits vor Jahrzehnten, aber aus wirtschaftlichen Gründen nie großtechnisch umgesetzt. PET punktet auch bei diesen. Im Gegensatz zu etwa Polyolefinen ist in der Ester-Bindung die Sollbruchstelle für das chemische Recycling bereits eingebaut. Der Polyester wird dabei auf die Monomere Ethylenglycol, Terephthalsäure, Tereph-thalsäuredimethylester oder Terephthalsäure-bis-hydroxyethylester hydrolysiert. Nach einer Reinigung stehen die Monomere dann für die Polymerisierung zur Verfügung. Der Vorteil des chemischen Recyclings besteht darin, dass auch für das klassische mechanische Recycling schlecht geeignete Inputströme verwertet werden können, wie etwa Multilayer-Folien, Textilien oder Polyester-Bodenbeläge. Dadurch könnte die verfügbare Rezyklatmenge stark wachsen. Vor allem, da ein nicht unerheblicher Teil der gesammelten PET-Flaschen in diese Märkte verschwindet. Chemisches Recycling kann dort einen wichtigen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft liefern.

Kreislaufwirtschaft bereits etabliert, aber ausbaubar

Zusammenfassend ist bei PET das Zeitalter der Kreislaufwirtschaft bereits eingeläutet. Vieles ist bei dem Werkstoff schon industriell umgesetzt, wovon andere Kunststoffe noch weit entfernt sind. Natürlich werden weltweit, auch in Europa, noch viel zu wenige PET-Flaschen eingesammelt. Knapp 60 % europaweiter Rücklauf ist alles andere als befriedigend. Die Strukturen und Prozesse sind bereits etabliert und wirtschaftlich umsetzbar.

Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik u Verpackung IVV 

www.ivv.fraunhofer.de

Ausgabe-2019-10

 Aus Preforms blasgeformte Flaschen gehören zu den Produkten, die sich aus PET-Rezyklat fertigen lassen. Etwa zwei Drittel des PET-Rezyklats wird zu Folien, Sekundärverpackungen wie Umreifungen oder Trägern sowie zu Fasern, besser bekannt als Fleece, verarbeitet

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Tabelle. PET-Flaschen und deren Verwertung im Jahr 2018 

Bild 1. Die fünf größten PET-Hersteller mit ihren Produktionskapazitäten im Jahr 2017

Bild 2. Voraussetzung für sortenreine und zu 100 % wiederverwertbare PET-Flakes aus Post-Consumer-Abfällen sind effektive Sammel- und Rücknahmesysteme. Trotz der anhaltenden Kritik ist PET in diesem Punkt ein Erfolgswerkstoff

Bild 3. Sammelmengen und die Rücklaufquoten bei PET-Flaschen in Europa

PET - Hauptartikel

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