Um Lebensmittel sicher und gut geschützt zu verpacken, kommen häufig Kunststoff-Mehrschichtverbunde zum Einsatz. In einer einzigen Folie werden je nach Anforderung der verpackten Ware sieben oder mehr Schichten kombiniert. Derartige Kunststoffverpackungen landen zum momentanen Zeitpunkt zur Entsorgung entweder auf der Deponie oder werden thermisch verwertet. Ein Recycling mit bereits industriell etablierten Verfahren ist nicht möglich. Europaweit fallen jährlich ca. 2 Mio Tonnen dieses Abfalls aus Multilayer Lebensmittelverpackungen an. Durch die EU-Gesetzgebung ist zudem eine Verwendung von Rezyklaten in Lebensmittelverpackungen nur eingeschränkt möglich, da gewährleistet sein muss, dass keine unerwünschten Substanzen in den Rezyklaten enthalten sind, die eventuell in das Lebensmittel übergehen könnten.
Lebensmittelverpackungen kreislauffähig machen
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| Verpackung aus PE-Rezyklat |
CIRCULAR FoodPack setzt sich zum Ziel, Lebensmittelverpackungen im geschlossenen Kreislauf zu recyceln und für den direkten Lebensmittelkontakt einsetzbar zu machen. Innovative Monomaterial-Verpackungen werden entwickelt, die den Mehrschichtverbunden in ihrer Schutzfunktion nicht nachstehen, hierbei aber eine Kreislaufschließung durch Recycling und Wiedereinsatz ermöglichen. Durch die Integration von Tracern in die Verpackungssysteme soll eine eindeutige Sortierung der Abfallströme in Lebensmittel- und Nicht-Lebensmittel-Verpackungen gewährleistet werden, wodurch für den Lebensmittelkontakt ungeeignete Substanzen frühzeitig reduziert werden können. Es werden außerdem verschiedene Prozesse zur Aufreinigung des post-consumer Recyclingmaterials genutzt, um Geruch, Farbe und weitere Verunreinigungen zu minimieren. Der am Fraunhofer IVV entwickelte lösemittelbasierte Recycling-Prozess ermöglicht zudem durch selektive Extraktion die Rückgewinnung einzelner Zielpolymere, wie z.B. Polyethylen, aus Mehrschichtverpackungen. Additive und andere Fremdstoffe können dabei in speziellen Aufreinigungsschritten abgereichert werden. Durch die Kombination der Behandlungsprozesse entstehen qualitativ hochwertige Rezyklate mit einem hohen Reinheitsgrad, die auch für sensible Verpackungsanwendungen, wie Lebensmittel und Körperpflegeprodukte geeignet sind. Angestrebt wird ein Rezyklatanteil von >50%, wobei durch eine funktionelle Barriereschicht die Migration unbeabsichtigt eingebrachter Stoffe verhindert werden soll. Begleitet wird das Projekt von einer Studie zur umfassenden Nachhaltigkeitsbewertung, die soziale, ökologische und wirtschaftliche Auswirkungen berücksichtigt als auch eine Bewertung der Markt- und Verbraucherbedürfnisse beinhaltet.
CIRCULAR FoodPack - Mid-term Projektstatus
Für eine Status-Quo Aufnahme wurde im ersten Jahr ca. 1 Tonne Verpackungsabfall europaweit (Frankereich, Belgien, Deutschland) analysiert, um das Abfallaufkommen, den Sammelstatus und die Zusammensetzung von flexiblen Verpackungsabfällen zu bestimmen. In dem französischen, belgischen und deutschen PE Strom dominieren Nicht-Lebensmittelverpackungen mit über 80 %, was mit der ähnlichen Spezifikation der Abfallströme durch die EPR Systeme zusammenhängt. Zwei der deutschen untersuchten Fraktionen enthalten anders als die erste bis zu 60 % Lebensmittelverpackungen. Der Anteil an Mehrschichtaufbauten sowie Polyolefinen wird noch bestimmt. Außerdem konnte ein signifikanter Unterschied in der Bedruckung der Verpackungen festgestellt werden, die bei Lebensmittelverpackungen deutlich höher ist.
Die Funktionsweise und Integrierbarkeit des Tracer-basierten Sortierens wurde im Juli 2022 im großen Maßstab getestet. 800 kg Verpackungsabfälle wurden mit Tracer-basierten Verpackungen gemischt und anschließend wieder sortiert. Die Tracer ermöglichen eine materialspezifische Codierung/Markierung der Verpackung, die mittels des Einsatzes/Nachrüstens von Lasern in herkömmlichen Recyclingprozessen die Identifizierung der markierten Lebensmittelverpackungen ermöglicht. Erste Ergebnisse zeigten eine Sortierreinheit von über 97 % und eine Sortiereffizienz von 90 %.
Die innerhalb des Projektes ausgewählten verschiedenen Prozesse zur Dekontamination des post-consumer Recyclingmaterials, um Geruch, Farbe und weitere Verunreinigungen zu minimieren, zeigte ebenfalls erste Erfolge. Die Beseitigung von sogenannten flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) in Kombination mit Deinking und Delaminierung erfolgte mit einer Effizienz von bis zu 90 %.
Funktionelle Barrieren für die Wiederverwendung von Rezyklaten in neuen Verpackungen
Um die gewonnenen Rezyklate in Lebensmittelverpackungen wieder zu verwenden, müssen entsprechend der neuen Europäischen Regulation EC2022/1616 nachweisbare funktionelle Barrieren eingesetzt und nachgewiesen werden. Das Fraunhofer IVV entwickelte deshalb eine Screening Methode für funktionelle Barriereschichten, die die Migration von nicht zugelassenen Stoffen in Lebensmittel verhindern sollen. Um der Anforderung für kreislauffähige Monomaterialien (Einstofflösung mit >90 % Masseanteil) zu entsprechen, werden als Barriereschicht dünne organische und anorganische Beschichtungen untersucht, die als vielversprechend identifiziert wurden und im weiteren Projektverlauf im Einsatz getestet werden.
CIRCULAR FoodPack - erfolgreiche Projektergebnisse
Mit dem Abschluss des Projekts CIRCULAR Foodpack können folgende zukunftsrelevante Forschungsergebnisse präsentiert werden.
Durch innovative Tracer-basierte Sortierlösungen wurde eine Sortierreinheit von 99 % erzielt. In Kombination mit effizient reinigenden Recyclingtechnologien sei es gelungen, aus flexiblen Verpackungsabfällen Rezyklate zu gewinnen, die bei der Herstellung neuer Verpackungen für sensible Füllgüter eingesetzt werden können.
Rezyklate aus Verpackungsabfällen, die ohne Tracer-Markierung gewonnen wurden, eignen sich für Personal & Health Care-Verpackungen. Bei der Herstellung neuer Verpackungen können diese Rezyklate bis zu einem Anteil von 62 % des benötigten Kunststoffes betragen.
Die Reinigungseffizienz der eingesetzten Technologien wurde im Projekt »CIRCULAR FoodPack« mittels eines Challengetests geprüft. Dabei wurde gezeigt, dass mit dem lösungsmittelbasierten Recyclingverfahren des Fraunhofer IVV sowohl für leichtflüchtige als auch für bereits mittelflüchtige Kontaminanten eine Reinigungseffizienz von bis zu 99,8 % erreicht werden konnte und sich mit der Skalierung des Verfahrens herausragende Chancen für die Circular Economy von Lebensmittelverpackungen ergeben.
Die Integration der gewonnenen Rezyklate in flexible Monomaterial-Verpackungen für Lebensmittel wurde erfolgreich im technischen Maßstab umgesetzt, wobei ein Rezyklatanteil in der entwickelten Verpackungsstruktur von bis zu 30 % realisiert wurde. Im Hinblick auf die Sicherheit der entwickelten Monomaterial-Verpackungen konnte gezeigt werden, dass die Kombination von qualitativ hochwertigen Rezyklaten mit hocheffizienten funktionellen Barriereschichten geeignet ist, die mögliche Migration von unerwünschten Kontaminanten unterhalb toxikologisch relevanter Schwellenwerte zu reduzieren.
Besonders hervorzuheben ist die nachgewiesene Eignung des gewonnenen PE-Rezyklats zur Herstellung von Blasfolien und zur weiteren Verarbeitung zu MDOPE (Machine Direction Oriented PE), was mittels der Demonstrator-Verpackungen (siehe Foto) erfolgreich gezeigt wurde.
Dieses Projekt wurde mit Mitteln aus dem Horizon 2020 Forschungs- und Innovationsprogramm der Europäischen Union unter dem Fördervertrag No. 101003806 gefördert.
