rPET – Einblick in ein Versuchsprojekt

PET ist ein Kunststoff, der sich zu 100% in einem Bottle-to-Bottle-Verfahren rezyklieren lässt. Diese positive Eigenschaft des Kunststoffes ist leider in so manchen emotionalen Debatten über Umweltverschmutzung und den generellen Umgang mit Plastik untergegangen. Und natürlich ist es richtig, dass viele Millionen PET-Flaschen nicht fachgerecht wiederverwendet oder entsorgt werden, sondern in unseren Weltmeeren landen. Ob dies an fehlenden politischen Regularien liegt oder an einer mangelnden Aufklärung der Bevölkerung, an lückenhaften Infrastrukturen oder Wertstoffströmen – es ist ein Zustand, den wohl niemand als erstrebenswert empfindet und der dringend geändert werden muss. Auch die Krones AG leistet hierzu ihren Beitrag, indem sie seit über 10 Jahren erfolgreich PET-Recyclinganlagen herstellt. Zu finden sind diese beispielsweise bei unseren Kunden in Bangladesch, Japan, Afrika oder den USA.

Der Einsatz von rezykliertem Kunststoff wird seit Kurzem in verschiedenen Regularien weltweit vorgeschrieben – auf unterschiedliche Art und Weise und zeitlich versetzt, aber der Trend ist eindeutig: Der Einsatz von und die Nachfrage an rezykliertem PET für Behälter steigt. Daher beschäftigen auch wir in der Kunststofftechnik der Krones AG uns seit Jahren mit rezykliertem PET (kurz: rPET) – hier steht der resultierende Behälter im Fokus: das Produkt unserer Kunden.

Erfahrungswerte im Umgang mit rPET

Unsere Kunden wollen von den Krones Experten vor allem wissen, ob und wenn ja, welchen Einfluss rPET auf die Verfahrenstechnik, die Energieverbräuche und die Lebensmittelsicherheit hat. Um genau dies noch weiter zu erforschen, startete die Gruppe „PET Packaging Development and Consulting“ der Krones AG Ende 2019 ein Versuchsprojekt.

Mit Hilfe einer modular konzipierten Blasform konnten für die verschiedenen Versuchsreihen unterschiedliche – von einfachen zu sehr komplexen, von typischen zu eher untypischen – Behältergeometrien hergestellt werden. So werden für die Fertigung und für den Versuchsaufbau selbst auch schon mal Ressourcen geschont – ganz im Sinne des übergeordneten Themas „Nachhaltigkeit“. Durch Versuche mit unterschiedlichen Behältergeometrien können wir gut prüfen, ob es Einschränkungen für das Behälterdesign gibt und ob sich die mechanische Performance der Flasche mit Zugabe von rPET im Vorformling verändert: „Design from Recycling“ sowie „Design for Recycling“ lautet die Devise.

Veränderungen könnten beispielsweise zäheres Verhalten im Streckblasprozess, anderes Rückschrumpfen alternder Behälter oder optische Mängel wie sogenannte „Black Specks“ sein. Diese „Black Specks“ entstehen durch Fremdkunststoffe, die als Verunreinigung im PET-Recyclingstrom zu finden sind. Diese Fremdkunststoffe verkohlen durch die Weiterverarbeitung des Materials und sind dann als „schwarze Punkte“ sichtbar. Wünschenswert wäre natürlich, dass es in den Materialströmen erst gar nicht zu solchen Verunreinigungen durch Fremdkunststoffe kommt – dies könnte entweder durch geeignete Sammelsysteme, wie wir sie beispielsweise in Deutschland in Form der Pfandautomaten kennen, oder durch einen regulativen Ausschluss bestimmter Materialien zur Ausstattung der Behälter (Etikettierung, Verschluss etc.) sichergestellt werden. Ob und welchen Einfluss diese Kunststoff-Verunreinigungen auf die Lebensmittelsicherheit des abgefüllten Produktes hat, wurde übrigens mit Hilfe des Fraunhofer Instituts ebenfalls im Versuchsprojekt untersucht und als unkritisch bewertet. Mit den eventuellen optischen Mängeln müssen wir erst einmal leben – aber selbst hierfür kann die Krones AG bereits eine Lösung anbieten, sodass unsere Kunden sich bei der Abfüllung ihrer Produkte in PET-Flaschen keinerlei Sorgen um die optische Qualität ihres Produktes machen müssen: Mit Hilfe der Inspektionstechnik in unseren Maschinen und Anlagen können verunreinigte Preforms oder Flaschen frühzeitig erkannt, aussortiert und einem weiteren Recyclingprozess zugeführt werden. Hierdurch steigt zwar die sogenannte „Scrap-Rate“ erfahrungsbasiert etwas an – das Material ist aber nicht verloren und der energetische Mehraufwand bleibt im Vergleich zu der Verwendung von „virgin PET“ sehr klein.

Hier eine Abbildung, die darstellt, wie viel Energie für die Gewinnung, Herstellung und Umwandlung von Behältern aus „virgin PET“ im Vergleich zu „rPET“ verbraucht wird:

Abbildung 1: Energetischer Verbrauch der Herstellung von virgin PET bis zur fertigen Flasche (links) und des Recycling-Prozesses der eingesammelten Flaschen bis zur Herstellung einer neuen PET-Flasche (rechts) (IM: injection moulding; SBM: stretch blow moulding)

Zu den optischen Mängeln wird gemeinhin auch die farbliche Veränderung des PET-Materials durch den Recyclingvorgang gezählt. Behälter aus rPET erscheinen etwas dunkler, gelber – manchmal auch etwas grauer. Einige unserer Kunden, die ihre Behälter bereits aus rPET herstellen, färben das Material mit blauen oder grünen Pigmenten ein, sodass das sogenannte „Yellowing“ nicht mehr sichtbar ist. Aus unserer Sicht kann es aber auch positiv sein, wenn der Endkonsument erkennen kann, dass ein bestimmter Behälter rezykliert ist – ähnlich wie beim rezyklierten Papier kann eine leicht graue Färbung einer PET-Flasche auch zum Status werden und eine ganz bestimmte Nutzergruppe ansprechen.

Aktuellste Forschung bei Krones

Aurélie Börmann ist Chemieingenieurin und seit 2017 bei der Krones AG in der Gruppe „PET Packaging Development and Consulting“ angestellt. In dem interdisziplinären Team war sie für die Durchführung und Auswertung der bisherigen Versuchsreihen rund um das Thema rPET verantwortlich.

Aurélie, um was ging es in der aktuellen Versuchsreihe?

In dieser Versuchsreihe ging es darum das Material, die Prozesseinstellung, die Flaschenperformance, eventuelle Designeinschränkungen sowie die Produktsicherheit bei ansteigendem rezyklierten PET-Anteil zu untersuchen.

Gab es Ergebnisse, die dich überrascht haben?

Trotz der steigenden rPET Anteil in den Preforms musste der Blasprozess nur minimal angepasst werden, zudem ist der Energieeintrag gleichgeblieben. Erfreulich war natürlich, dass alle getesteten Behältergeometrien – wie du schon erwähntest von einfachen bis sehr komplexen – hervorragend abgeschnitten haben, sodass wir keine Einschränkung im Behälterdesign feststellen konnten.

Ein schöner Nebeneffekt überzeugte mich ebenfalls: der gräuliche Touch verleiht dem Material eine gewisse Eleganz und zeigt die Flasche von morgen!

Gibt es verfahrenstechnische Einschränkungen von rPET?

Rein von chemischer Seite her betrachtet ist rPET nichts anderes als PET. Die Herausforderungen liegen eher bei der Qualität des eingehenden Materials. Dementsprechend gibt es keine eindeutig zu erwartenden Beschränkungen auf die Verarbeitbarkeit, wie es sie möglicherweise bei anderen Materialien gibt. In Bezug auf unsere Versuchsreihe konnten wir – wie gerade schon erwähnt –  beweisen, dass unabhängig vom rPET-Anteil alle Flaschengeometrien die Behälter-Spezifikationen gleich gut erfüllt haben.

Welches Material wurde genau untersucht?

Das verwendete rezyklierte Material stammt aus Europa und wurde hauptsächlich aus Flaschen, möglicherweise auch aus Display-Trays, die zuvor für Lebensmittelverpackungen verwendet wurden, hergestellt. Ein kleiner Anteil (< 5%) könnte auch aus Non-Food-Anwendungen stammen, beispielsweise PET-Flaschen für Seife, Putzmittel etc. In den Niederlanden existiert ein PET-Pfand System mit sehr hohen Rücklaufquoten. Daher vermuten wir, dass der überwiegende Anteil aus diesem Materialstrom stammt. Vorteil dabei ist, dass es sich möglicherweise um einen sehr reinen Kreislauf mit wenig Verunreinigungen handelt. Das wirkte sich positiv auf unsere Ergebnisse aus, da die Scrap-Rate nahezu bei 0% lag.

Wie geht das Projekt weiter?

Während der ersten Versuchsreihe wurde eine sehr gut passende Preform-Flaschen-Kombination gewählt, die ein sehr großes Prozessfenster für das Umformen ermöglicht. Eine Überlegung wäre nun zu untersuchen, wie sehr sich das Material strapazieren lässt und wie sich die Prozessfenster, beispielsweise für lightweight-Behälter, verhalten. Zudem werden wir in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut weitere Versuche zur Produktsicherheit durchführen.

Was würdest du aus heutiger Sicht unseren Kunden empfehlen?

Der Verbrauch von fossilen Ressourcen sollte vermieden und der Einsatz von nachhaltigen Materialien gefördert werden. Wir können durch den vermehrten Einsatz von rezykliertem PET in Getränkeflaschen unseren Teil zu einer Transformation des Marktes hin zu einer geschlossenen Kreislaufwirtschaft beitragen. rPET wird schon seit Jahren auf Krones Blasmaschinen verarbeitet und zeigt keine signifikanten Einschränkungen in der Verarbeitbarkeit, Qualität und Lebensmittelsicherheit. Die auftretende Verfärbung des Materials durch mehrmaliges Erhitzen und Aufschmelzen könnte in Zukunft sogar ein Statussymbol werden: Wir schonen Ressourcen!

Danke Aurélie für das Gespräch und ich freue mich auf weitere Ergebnisse unserer Zusammenarbeit.