Einstieg in den Kunststoff-Kreislauf

Post-Production-Abfall, Post-Industrial-Abfall und der Post-Consumer-Abfall unterscheiden sich in der Sortenreinheit der verschiedenen Kunststoffe und im Grad der Verschmutzung. Daher lassen sie sich unterschiedlich gut wiederverwerten. Am besten sieht es bei den Post-Production-Abfällen aus: Viele Unternehmen setzen diese gleich wieder als Rohstoff ein. So werden Plastikreste aus der Joghurtbecher-Produktion wieder eingeschmolzen und erneut verwendet. Auch viele Post-Industrial-Abfälle lassen sich eins zu eins wiederverwerten, sofern die Kunden das Plastik einsammeln und gut sortieren – Folie zu Folie, Plastikpackung zu Plastikpackung.

„Die größte Herausforderung ist derzeit das Recycling des Post-Consumer-Abfalls“, sagt Johannes Steinhaus, Geschäftsführer des Instituts für Technik, Ressourcenschonung und Energieeffizienz (TREE) an der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, „Denn darin kommen ganz verschiedene Kunststoffe zusammen, die zudem verschmutzt sind. Der Worst Case ist der abgelaufene Joghurtbecher, der ungeöffnet im gelben Sack landet.“

Shampoo-Flaschen aus den Kunststoffen Polyethylen (PE) oder PET, Folien aus PE, Joghurtbecher aus Polypropylen (PP) oder kaputte Schwimmflügel aus PVC: Alle diese Kunststoffe bestehen aus verschiedenen chemischen Verbindungen, die sich nicht gemeinsam wiederverwerten lassen. Man muss sie voneinander trennen – und das ist technisch ausgesprochen aufwendig. Das wird deutlich, wenn man einen Blick in die großen Sortieranlagen wirft, die es heute in Deutschland gibt – etwa im hessischen Gernsheim bei Darmstadt. Pro Jahr liefern Lastwagen dort rund 120.000 Tonnen Plastikabfall ab – etwa fünf Prozent der Menge, die bundesweit in den gelben Tonnen landet. Hier wird das Abfallgemisch in mehreren Schritten aufgetrennt.

Sortieren mit Hightech

Auf einem mehr als zwei Kilometer langen Förderband gleitet der Abfall zunächst in große Siebtrommeln, in denen er nach fünf verschiedenen Größenklassen sortiert wird. Größere Plastikflaschen nehmen den einen Weg, die Deckel von Spülmittelflaschen den anderen. Anschließend gelangt der Abfall in den sogenannten Windsichter: Dort pusten Druckluftdüsen Folien aus dem Müll heraus.

Dann geht es weiter in die NIR-Anlage. NIR steht für Nah-Infrarot-Spektroskopie. Bei diesem Verfahren werden Gegenstände mit infrarotem Licht bestrahlt. Es regt die Moleküle im Material zu Schwingungen an, die ein Detektor wahrnimmt. Da die Moleküle jeden Materials anders schwingen, lassen sich verschiedene Kunststoffe voneinander unterscheiden. Ein NIR-Scanner tastet permanent die Plastikteile auf dem Förderband ab. Er analysiert blitzschnell ihre Zusammensetzung und gibt einen Befehl an die Druckluftdüsen, die Teile aus dem Strom herauszuschießen – zunächst zum Beispiel Teile aus Polypropylen, dann aus PET und so weiter. So werden die Kunststoffe nacheinander aus dem Abfallstrom geholt und voneinander getrennt.

Übrig bleibt ein Reststrom von Abfall – dazu gehören Folien für Chipstüten, die aus verschiedenen Kunststoffen bestehen, Holz, Glas und sogar alte Schuhe, die hin und wieder im gelben Sack landen. Dieser Restabfall macht etwa ein Drittel aus und wird bislang in Müllverbrennungsanlagen verfeuert.

Doch immerhin: Zwei Drittel des Plastiks verlassen die Sortieranlage fein säuberlich getrennt mit einer Reinheit von etwa 95 Prozent. Das Material wird an Kunststoffverarbeiter weiterverkauft, die es einschmelzen und zu neuen Produkten formen. Plastikflaschen aus Polyethylen werden zu Kunststoffrohren, Deckel von Spülmittelflaschen zu Eimern oder Blumenkästen und PET-Flaschen zu Gartenmöbeln und Fleece-Pullovern.

Ein echter Kreislauf ist das dennoch nicht. Zwar ist das Plastik nach Kunststofftyp sortiert. Aber jede Verpackung ist ein wenig anders. „Kunststoffe werden von Produktdesignern für jeden Einsatzzweck maßgeschneidert“, sagt Johannes Steinhaus. „Sie enthalten verschiedene Additive, Füllstoffe und Farbstoffe oder bestehen aus einem komplexen Schichtaufbau aus verschiedenen Kunststoffen. Selbst wenn man sie nach Sorten trennt, bleibt es bei einem wilden Materialmix.“ Und diesen kann man eben nicht beliebig oft im Kreislauf fahren, sondern nur ein- oder zweimal wiederverwerten. Aus einem Kunststoffrohr zum Beispiel wird nie wieder eine glasklare Plastikflasche für Getränke.

Plastik in seine Bausteine zerlegen

Kunststoffe müssen also noch besser aufbereitet werden. Dazu will man das Plastik künftig in seine Bestandteile zerlegen und diese wiederverwerten. Kunststoffe bestehen aus identischen Molekül-Bausteinen, den Monomeren, die chemisch miteinander zum „Polymer“ vernetzt werden. „Poly“ ist griechisch und bedeutet „viel“. Polyethylen etwa besteht aus vielen Ethylen-Monomeren, die zunächst Ketten bilden, welche sich dann zum Netzwerk zusammenfinden. Viele Forschungsgruppen haben inzwischen Verfahren für das Zerlegen der Polymere entwickelt. Auch gibt es erste Industrieanlagen für diese Art des Recyclings. Experten unterscheiden dabei das physikalische und das chemische Recycling. Beim physikalischen Recycling trennt man nur die Molekülketten durch Lösungsmittel voneinander und baut damit das Polymernetzwerk ab. Das chemische Recycling geht noch weiter. Es spaltet die Molekülketten in die einzelnen Monomere auf.

Ein Experte für das physikalische Recycling ist Martin Schlummer, der am Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung in Freising das Geschäftsfeld „Recycling und Umwelt“ leitet. Zusammen mit seinen Kollegen und Industriepartnern hat er in den vergangenen Jahren das CreaSolv-Verfahren entwickelt. Die Idee: Für jeden Kunststoff-Typ wird ein spezielles Lösungsmittel kreiert, in dem sich das Polymer löst – wobei die Molekülketten intakt bleiben. Im nächsten Schritt werden dann die Farb- und Zusatzstoffe herausgefiltert. Anschließend wird das Lösungsmittel verdampft. Übrig bleibt ein sehr reiner Kunststoff, der zu Granulat verarbeitet und an die Kunststoffverarbeiter verkauft wird. „Allerdings lässt sich nicht jeder Zusatzstoff gleich gut abtrennen“, sagt Martin Schlummer. „Zum Beispiel können wir die ultrafeinen Rußpartikel, die man schwarzen Kunststoffen beimischt, noch nicht zu 100 Prozent aus der Lösung herausholen.“ Im zurückgewonnenen Kunststoff bleibt ein leichter Grauschleier zurück, der aber bei vielen Anwendungen gar nicht stört.

Das Verfahren ist interessant, weil es auch jene Kunststoffabfälle verarbeiten kann, die bislang verbrannt werden – die Reste aus den Sortieranlagen. Sie enthalten viele Folien und Tüten, die oft aus mehreren Plastikarten bestehen. Bei einer Chipstüte zum Beispiel sind mehrere Kunststofffolien von nur wenigen Mikrometer Dicke miteinander verschweißt, damit das Aroma nicht entweicht und Licht sowie Luftfeuchtigkeit draußen bleiben. Eigentlich kann man diese Schichten nicht voneinander trennen. Mit dem Lösungsmittel aber geht das. Inzwischen wurden zwei CreaSolv-Pilotanlagen errichtet – eine in Indonesien und eine in den Niederlanden. „In Indonesien gibt es viele offene Deponien, von denen die Tüten und Folien in die Umgebung wehen“, erzählt Martin Schlummer. „Die Regierung hatte damit gedroht, die Produktion zu verbieten, wenn es nicht gelinge, den Abfall zu managen. Unsere Anlage war da eine willkommene Lösung. Sie soll jetzt weiter ausgebaut werden.“

Mit dem CreaSolv-Prozess lassen sich noch andere Abfälle aufbereiten, die bislang niemand haben will – harte, mit Flammschutzmitteln versetzte Kunststoffe wie das ABS oder das Polycarbonat, aus denen die Gehäuse von Elektrogeräten bestehen. „Auch für solche Kunststoffe haben wir zusammen mit unserem Partner Creacycle aus Grevenbroich passende Lösungsmittelrezepturen entwickelt, mit denen wir die Molekülketten wiedergewinnen können“, sagt Schlummer.

Problematischer Verbund

Andere Wissenschaftler gehen noch einen Schritt weiter und knacken die Polymere chemisch in die Monomere auf. Zu ihnen gehört Anna Peterson vom RISE-Institut im südschwedischen Mölndal. Die Chemikerin hat sich nicht auf Verpackungsabfälle spezialisiert, sondern auf Kunstfasern, von denen weltweit jährlich fast 90 Millionen Tonnen produziert werden. Das Problem: In vielen Pullovern, T-Shirts, Blusen und vor allem in Sportbekleidung werden Baumwolle und verschiedene Kunstfasern so fest miteinander verbunden, dass sie sich nicht mehr trennen und daher nicht recyceln lassen. Gut erhaltene Mischtextilien werden an Second-Hand-Läden oder karitative Einrichtungen abgegeben. Sind sie arg abgetragen, landen sie im Restmüll und werden verbrannt oder im Reißwolf zerfetzt und zu Putzlumpen verarbeitet. Wiederum gehen wertvolle Rohstoffe verloren.

Wiederverwertung wird Pflicht

Die Abfallrahmenrichtlinie der EU schreibt vor, dass mit dem Wegwerfen von Textilien ab 2025 Schluss ist. Von da an müssen Textilien zu 100 Prozent aus dem Abfall zurückgewonnen und wiederverwertet werden. Vor allem für die Mischtextilien sind damit neue Recycling-Konzepte gefragt.

Anna Peterson hat sich auf Sportkleidung spezialisiert, die Polyester, Nylon und Elasthan enthält – eine knifflige Dreifach-Mischung, die Recyclingunternehmen bisher eher nicht anfassen. Sie erhitzt das Material stufenweise, fügt spezielle Katalysatoren hinzu und löst so nacheinander Nylon, Polyester und Elasthan in ihre Monomere auf. Da die Kunststoffe bei verschiedenen Temperaturen zerfallen, lassen sie sich nacheinander abtrennen.

„Wir können hochwertiges Polyester und Nylon wiedergewinnen“, sagt Anna Peterson. Das sei bemerkenswert, weil es auf dem Markt bislang kein recyceltes Nylon von guter Qualität gebe. Einzig das Elasthan lässt sich nicht wiedergewinnen. Es besteht meist aus unterschiedlichen Monomeren, sodass kein reiner Stoff zurückbleibt. Derzeit ist Peterson auf der Suche nach Industriepartnern, die ihr Verfahren in einer Pilotanlage testen wollen.

Recyceln statt teuer entsorgen

Für eine andere Klasse von Kunststoffen gibt es bislang kaum eine Chance auf ein zweites Leben – für carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK), die als stabile Leichtbauteile in Autos, Flugzeugen und Windradflügeln dienen. CFK-Bauteile bestehen aus einem Geflecht aus langen Carbonfasern, das mit einem Kunststoffharz getränkt wird. „Ausgediente CFK-Teile werden heute meist verbrannt, wobei die wertvollen Fasern verloren gehen“, sagt Thomas Reußmann, Abteilungsleiter am Thüringischen Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung in Rudolstadt. „Hinzu kommt, dass die Entsorgung von Abfällen sehr teuer ist, weil CFK als Sonderabfall gilt.“

Das TITK hat bereits vor zehn Jahren eine Recyclinganlage entwickelt, mit der sich Post-Production-Abfall aus der Autoherstellung wiederverwenden lässt – Reste, die beim Zuschneiden von CFK-Teilen entstehen. In einem speziellen Schredderprozess werden die Carbonfasern wieder zurückgewonnen. Die Fasern sind mit rund sechs Zentimetern zwar nicht mehr so lang wie vorher, lassen sich aber dennoch zu neuen CFK-Teilen wie Autodächern verarbeiten.

Derzeit passt das Team um Thomas Reußmann das Verfahren an CFK-Abfälle aus Windrädern oder Schrottautos an. Da jeder CFK-Abfall ein wenig anders ist, ein anderes Harz und andere Carbonstrukturen enthält, muss die Anlage flexibel arbeiten können. Bislang kommen oft Harze zum Einsatz, die man nicht wieder aufschmelzen und wiederverwerten kann. „In Zukunft aber könnte man verstärkt thermoplastische Kunststoffe für CFK nutzen“, sagt Reußmann. Die ließen sich wie das Polyethylen aus dem Joghurtbecher leicht wieder erwärmen und in Form bringen.

Umdenken bei Verpackungen

Plastik umgibt uns in vielen Varianten. In vielen Anwendungen ist es durch keinen anderen Werkstoff zu ersetzen. „Weg vom Kunststoff kommen wir nicht mehr“, sagt denn auch Johannes Steinhaus. „Unser Ziel muss es sein, den Kunststoff vernünftig einzusammeln, zu sortieren und in den Rohstoffkreislauf zu kriegen.“

Was Verpackungen angehe, so der Experte, müsse allerdings ein Umdenken stattfinden. Für jedes Produkt eine eigene Kunststoffmischung zu entwerfen, das erschwere das sortenreine Recycling enorm. Hier sei weniger mehr. „Einige wenige Kunststoffmischungen statt der heutigen Diversität, das wäre sinnvoll.“ Um das zu erreichen, müsse die Verpackungsindustrie ihren Beitrag leisten.

Dass sortenreiner Recycling-Kunststoff ein durchaus gefragter und recht hochpreisiger Rohstoff sein kann, belegt ein Recycling-System, das in unserem Alltag angekommen ist: Über Pfandflaschen-Automaten werden PET-Flaschen eingesammelt und dann direkt wieder zu neuen Flaschen verarbeitet.