Ein geschlossener Kreislauf ist machbar

Sensorgestützte Sortierung: Mit neuen technischen Ansätzen den Herausforderungen des Kunststoffrecyclings begegnen. Ein Beitrag von Dr. Ralph Uepping und Frédéric Durand, Tomra Sorting Recycling.

Die Kunststoffproduktion steigt weltweit seit mehr als 50 Jahren kontinuierlich an, auf 233,75 Millionen Tonnen in 2013. Das Wachstum in Endverbraucher-Industrien wie Verpackung, Bauwesen und Automotive wird voraussichtlich weiter zunehmen, Prognosen erwarten einen Anstieg der Kunststoffproduktion auf 334,83 Millionen Tonnen bis 2020.* Gegenwärtig macht PE weltweit den größten Teil des Marktvolumens aus; PET wird bis 2020 voraussichtlich das am schnellsten wachsende Produktsegment bei Kunststoffen sein. Die drei größten Kunststoffproduzenten nach Regionen sind China (24,8 Prozent), gefolgt von Europa (20 Prozent) und den NAFTA-Staaten – USA, Kanada und Mexiko (19,4 Prozent).**

Obwohl immer mehr Länder schrittweise Maßnahmen und Gesetze zu Rückgewinnung und Recycling von Kunststoffen auf den Weg bringen, bleibt die Deponierung weltweit die erste Wahl für Millionen Tonnen Plastik. Eine zunehmende Zahl von Ländern erkennt jedoch, dass Kunststoffabfall im Gegenteil als wertvolle Ressource gesehen werden sollte, die idealerweise recycelt werde sollte oder – in den Fällen, in denen das nicht möglich ist – als Brennstoff in Energieanlagen genutzt wird. Der zunehmende Bedarf an Kunststoffen hat, gemeinsam mit dem wachsenden Druck, Alternativen zur Deponierung zu finden, verständlicherweise den Fokus auf die Rolle gelenkt, die recycelte Kunststoffe bei der Herstellung neuer Kunststoffprodukte spielen können. Konventionelle Kunststoffrecycling-Methoden konnten bisher die strengen Qualitätsanforderungen der Kunststoffhersteller für den Einsatz bei der Herstellung neuer Produkte nicht erfüllen, aber in den letzten zehn Jahren hat die automatisierte Sortiertechnologie das Kunststoffrecycling vollständig revolutioniert.

Fortschritte in der automatisierten Sortiertechnologie ermöglichen im Kunststoffrecycling Ergebnisse von außerordentlich hoher Reinheit – von farbigen und transparenten Kunststoffarten wie PET und HDPE bis hin zu anderen Polymeren einschließlich Polypropylen, Polystyrol und PVC. Mit der richtigen Gesetzgebung, Infrastruktur und insbesondere der richtigen Sortiertechnologie können zuvor nicht realisierbare Reinheitsgrade von bis zu 99,99 Prozent erreicht werden. Wiedergewonnene Endfraktionen können für die Herstellung von recycelten Produkten verwendet werden, zum Beispiel für Fasern für die Textilindustrie oder neue Folien oder neue PET-Flaschen. Dies zeigt, dass der Ansatz eines geschlossenen Kreislaufs bei der Kunststoffverarbeitung vollständig machbar ist. Von lebensmitteltauglichen rPET und Kunststoff-Folien bis zu opakem PET und WEEE – die sensorgestürzte Sortiertechnologie unterstützt Recyclingunternehmen weltweit, zukunftsweisende Ergebnisse bei Rückgewinnung und Reinheitsgrad in einigen der hochkomplexen und anspruchsvollen Kunststoffrecycling-Anwendungen zu erzielen.

Dr. Ralph Uepping, Technischer Leiter Recycling, und Frédéric Durand, Plastics Segment Champion (beide Tomra Sorting Recycling) - Foto: Tomra Recycling Solutions

Dr. Ralph Uepping, Technischer Leiter Recycling, und Frédéric Durand, Plastics Segment Champion (beide Tomra Sorting Recycling) – Foto: Tomra Recycling Solutions

Lebensmitteltaugliches rPET

Recycling von PET-Flaschen ist die weltweit am meisten verbreitete Kunststoffrecycling-Anwendung. Wenn es jedoch darum geht, die hohen Reinheits- und Qualitätsanforderungen zu erfüllen, die Kunden von lebensmitteltauglich recycelten PET (rPET)-Flakes erwarten, kommen viele Recyclingunternehmen ins Straucheln.

Tomra Sorting Recycling hat den Autosort Flake Sortierer entwickelt – für das Kunststoffrecycling eine Spitzen-Lösung, die es den Aufbereitern ermöglicht, die hohen Reinheits- und Qualitätsgrade zu erreichen, die einige Kunden von lebensmitteltauglich recycelten PET-Flakes erwarten. Das System vereint eine Spektrometer-Kamera für den sichtbaren Bereich (RGBVIS), die farbige und nicht-transparente Verunreinigungen erkennt, ein Nahin­frarot (NIR)-Spektrometer zum Ermitteln der unterschiedlichen Polymere wie PET, HDPE, PP, PVC, PA, PS, PLS etc. und zusätzlich einen Metallsensor für Eisen- und Nichteisen-Partikel. Der Autosort Flake Sortierer identifiziert und sortiert auch zwei Millimeter kleine Partikel, sodass eine Verunreinigung ausgeschlossen wird und ein konstantes Ergebnis von sauberem Recycling-PET zu einzigartigen Reinheitsgraden geliefert werden kann.

Tomra ist derzeit an einem Projekt für das französische Unternehmen Régène Atlantique, Teil der Suez-Gruppe, beteiligt. Régène Atlantique betreibt eine PET-Recyclinganlage im Südwesten Frankreichs in Bayonne, in der vier Autosort-Systeme sowie der neue Autosort Flake-Sortierer installiert sind. Durch den Einsatz dieser maßgeschneiderten technologischen Kombination ist Régène Atlantique in der Lage, die Qualitätsanforderungen von einigen der größten Softgetränke-Unternehmen der Welt zu erfüllen. Diese Kunden haben den Verunreinigungsgrad für PVC auf unter zehn parts per million (ppm) festgelegt, für Metall (Eisen- und Nichteisen-Partikel) auf unter drei ppm und auf weniger als 200 ppm für andere unerwünschte Materialien wie andere Farben oder Polymere.

Lebensmitteltaugliches und Non-Food PE trennen

Sensorgestützte Technologie kann auch verschiedene Arten von PE erkennen, und eine Anwendung, bei der dieses Potenzial genutzt wird, ist die Trennung von Verpackungen für Lebensmittel und Non-Food. Die meisten Non-Food-PE sind farbig (zum Bespiel Shampoo-Flaschen und Reinigungsmittel), aber in einigen Ländern wird jetzt natürliches oder transparentes PE für Non-Food-Verpackungen verwendet. Für das menschliche Auge ist es praktisch unmöglich, zwischen lebensmitteltauglichem und Non-Food-PE zu unterscheiden; die sensorgestützte Sortierung macht diese Unterscheidung jedoch möglich. Tomra hat ein zukunftsweisendes System entwickelt, das einen Scanner mit erweiterter Wellenlänge nutzt, um den Unterschied zwischen einem Homopolymer (Lebensmittel) und einem Copolymer (Non-Food) zu erkennen und die beiden Arten zu trennen. Sie trennt sehr effizient zwei Polymere innerhalb einer Polymergruppe. Reinheitsgrade von nahezu hundert Prozent in beiden Endfraktionen können dabei erreicht werden. Dieser Prozess ist bereits bei einem australischen Verpackungs- und Wiederverwertungsunternehmen, Visy Industries Australia Pty., installiert. Das Unternehmen hat für die lebensmitteltaugliche Produktion von PET- und HDPE-Regranulaten eine Bottle-to-Bottle-Recyclinganlage in New South Wales gebaut. Diese Anlage ist in Australien die erste ihrer Art und produziert 2.500 bis 2.900 Kilogramm recycelter lebensmitteltauglicher PET-Pellets und bis zu 1.500 Kilogramm recycelter lebensmitteltauglicher HDPE-Pellets pro Stunde. Die recycelten PET-Pellets nutzt Visy in der eigenen Preform-Produktion, während die lebensmitteltauglichen rHDPE-Pellets aus Milchflaschen an Kunden weltweit verkauft werden.

Auch wenn der Bedarf an lebensmitteltauglich recyceltem HDPE hoch ist, ist es doch extrem schwierig herzustellen, und Visy ist aktuell einer von sehr wenigen Wiederverwertern von lebensmittelechtem HDPE weltweit. Die Trennung von Abfallströmen – beispielsweise für HDPE-Milchflaschen – ist eine wichtige Grundvoraussetzung, existiert aber erst in wenigen Ländern wie Großbritannien und Australien. Eine Gesetzgebung, die von Kunststoffherstellern fordert, recyceltes Material in neuen Produkten zu verwenden, besteht zurzeit nicht. Allerdings haben sich einige große Unternehmen und sogar Industrien – beispielsweise Großbritanniens milchverarbeitende Industrie – selbst verpflichtet, recycelte Materialien einzusetzen.

Opakes PET und PET-Trays

Weil der globale Bedarf an PET-Flaschen immer weiter und schneller steigt, stehen die Kunststoffverwerter vor der Herausforderung, weiße, opake PET-Flaschen wiederzugewinnen, die in großem Umfang für Molkereiprodukte wie Milch und Trinkjoghurt verwendet werden. PET-Flaschen sind opak, um den Inhalt vor Licht und Sauerstoff zu schützen; dies kann jedoch zu Problemen beim Recycling führen.

Die opaken Flaschen beeinträchtigen das Endprodukt, weil die meisten NIR-Sensoren sie weder erkennen noch aussortieren können. Mit Tomra‘s sensor-gestützter Sortiertechnologie ist es jedoch möglich, alle Arten von opaken PET-Flaschen zu erkennen und wiederzugewinnen. Der Autosort kann die verschiedenen Farben und den unterschiedlichen NIR-Fingerabdruck von opaken PET-Flaschen erkennen, sodass dieser zunehmend gefragte Kunststoff zum ersten Mal wiedergewonnen und recycelt werden kann. Dieser Prozess erfreut sich großer Beliebtheit bei einigen PET-Recycling-Kunden von Tomra weltweit.

In den vergangenen Jahren hat die Verpackungsindustrie ihren Einsatz an PET-Trays signifikant gesteigert. Mehrschicht-Trays, normalerweise für Fleischprodukte verwendet, werden derzeit im Recyclingprozess von PET-Flaschen getrennt, um die Qualität der PET-Flaschen zu erhöhen. Ohne diese Trennung würden die Mehrschicht-Trays die PET-Flaschen verunreinigen, sodass es Sinn macht, sie getrennt wiederzugewinnen.

Die im Autosort eingesetzte Sortiertechnologie kann diese Art von Mehrschicht-PET-Produkten erkennen, und mehrere Tomra-Kunden konnten in den letzten zwei bis drei Jahren PET-Trays trennen, damit die Güte ihrer PET-Flaschen maximieren und ein sehr hohes Qualitätsniveau erhalten. Da sich der Einsatz von PET-Trays in der Verpackung vermutlich weiter erhöht, haben Organisationen wie Plastics Recyclers Europe Recycling-Richtlinien für PET-Trays zur Verfügung gestellt. Sie fördern getrennte Sortierströme, sodass PET-Trays recycelt werden können.

Schwarzer Kunststoff – nicht recycelfähig?

Eine weitere Anwendung, bei der sensorgestützte Sortiertechnologie neue Maßstäbe setzt, ist schwarzer Kunststoff. Feste, schwarze Kunststoffverpackung wird gewöhnlich für Gefäße, Becher und Trays verwendet. Die Infrarotkameras in NIR-Sortiersystemen können den in schwarzem Kunststoff enthaltenen Kohlenstoff nicht erkennen, weil er fast kein Licht im sichtbaren Teil des Spektrums reflektiert und zusätzlich den ultravioletten (UV) und infraroten (IR) Spektralbereich absorbiert.

Deshalb war dieses Material bisher nicht recyclingfähig. Inzwischen finden allerdings Studien unter anderem durch WRAP (Waste & Resources Action Programme) und die britischen Kunststoff-Konstruktion- und Recyclingberater Nextek Ltd. statt, um herauszufinden, ob der Zusatz von Pigmenten oder Markierungen zu den Flaschen oder Trays dieses Material nach Einsatzes des Autosort erkennbar und wiederverwertbar macht.

PE Folien aus Verpackungsmaterial

In den letzten zwei bis drei Jahren gab es einen Anstieg in der Wiedergewinnung und Recycling von PE-Folien aus Verpackungsmaterial. Bei Einsatz der neuesten Automatisierungstechnologie kann bei transparenten Folien ein nahezu 100-prozentiger Anteil recycelten Materials erzielt werden. Um dies zu erreichen, trennt ein zweistufiger Prozess des Autosort zuerst das Zielmaterial (in diesem Fall PE-Folien) von den anderen zugeführten Materialien; die zweite Stufe zielt auf Verunreinigungen ab, um alle Feinmaterialien zu entfernen und die Reinheit der Endfraktion zu verbessern.

Die Endfraktion von PE-Folien ist danach extrudierfähig und kann für die Herstellung neuer Produkte verwendet werden. Der Kreislauf bei Kunststofffolien ist somit vollständig geschlossen. Der Markt für diese relativ neue Kunststoff-Recycling-Anwendung ist in Frankreich, Deutschland und Spanien bereits sehr stark, wo einige Tomra-Kunden diesen Prozess mit hervorragenden Ergebnissen eingeführt haben.

Kunststoffe aus WEEE

Die Wiederverwertung von Kunststoffen aus WEEE ist vielleicht eine der anspruchsvollsten Kunststoffrecycling-Anwendungen. Geschichtlich gesehen hat die EU Entwicklungen auf diesem Gebiet durch die Einführung von Richtlinien vorangetrieben. Sie sollen die Behandlung dieser komplexen Abfallströme regeln und fordern, dass ausgediente elektrische Geräte getrennt und wiederverwertet oder aufbereitet werden. Seit der ersten Einführung der EU-Gesetzgebung in 2002 sind mehr und mehr Länder gefolgt und haben Richtlinien eingeführt, die darauf abzielen, eine sichere Wiederverwertung und Aufbereitung von WEEE sicherzustellen.

Die Zusammensetzung von WEEE ist komplex und umfasst Teile aus Computern, elektronischer Büroausrüstung und Spielzeug bis hin zu Handys, Fernsehgeräten und Kühlschränken. WEEE enthält gebrauchte Elektronik, die für Wiederverwendung, Wiederverkauf, Aufbereitung, Recycling oder Entwertung bestimmt ist. Typisches WEEE enthält Eisenmetalle (40 Prozent), Nichteisen-Metalle einschließlich PCB (25 Prozent), Kunststoffe (30 Prozent), Glas, Holz und sonstige Materialien (10 Prozent).***

Der Anteil der Kunststoffe im zugeführten Material variiert in jeder WEEE-Recyclinganlage; allerdings erkennen die Betreiber, dass diese Kunststoffmischung, die ein Drittel der WEEE ausmacht, einige seltene und hochwertige Polymere enthält, die zur Wiederverwertung gewonnen werden können. So hat beispielsweise der in KFZ-Windschutzscheiben gegen Glasbruch benutzte Kunststoff einen aktuellen Marktwert von 800 Euro pro Kilogramm.

Herkömmliche Sortiermethoden können die geforderte genaue Sortierleistung nicht erbringen. Sie können beispielsweise von Hand die Metallteile nicht von einer Platine mit Kunststoffschicht trennen. Niemand kann sagen, ob ein Kunststoffteil Flammschutzmittel enthält und damit ein ganzes Los verunreinigen könnte. Sensorgestützte Sortierung ist dagegen in der Lage, unterschiedliche Kunststoffarten zu identifizieren und zu trennen, die dann in wiederverwendbare Granulate umgewandelt werden können. Nach dieser ersten Trennung und der Entfernung von Metallen besteht die verbleibende Fraktion aus nahezu metallfreiem Kunststoff. Dieses Material erreicht dann ein Autosort System, wo es je nach Farbe und gefordertem Polymer weiter sortiert werden kann. Bei der Kunststoff-Wiedergewinnung liegt das Hauptaugenmerk auf den wichtigsten Polymeren ABS, ABS-PC, PS, PE, PP und PC. Während eine herkömmliche Behandlung diese Ressourcen nicht wiedergewinnen kann, können Tomra Systeme jedes einzelne Polymer identifizieren und trennen. Mit herkömmlicher Behandlung liegt die optimale erkannte und sortierte Partikelgröße zwischen acht und 80 Millimeter, während die Bandbreite bei spezifischen Sortierlösungen, wie von Tomra, den Bereich von einem bis 150 Millimeter abdeckt. Darüber hinaus erhöht ein qualitativ hochwertiges Kunststoffrecycling die Anforderungen an die Qualitätskontrolle und die Schadstofferkennung. Tomra´s X-Tract, basierend auf Röntgendurchleuchtung, kann alle Komponenten, die Schadstoffe enthalten, erkennen und auswerfen.

Ein kleiner, aber wachsender Markt

Die Wiederverwertung von Kunststoffen aus WEEE ist ein kleiner, aber wachsender Markt, insbesondere mit Zuwächsen in Asien. Tomra hat weltweit Kunden, die bestimmte Kunststoffe mit einem Reinheitsgrad von bis zu 99 Prozent recyceln und deshalb wiederverwertetes Material zu einem sehr viel höheren Marktwert verkaufen.

Einer dieser Kunden ist MERC (Metropolitan Electronics Recycling Center) aus Korea, der von der Korea Electronics Recycling Cooperative, Koreas WEEE-Verband, betrieben wird. Die Recyclinganlage von MERC verarbeitet 21.000 Tonnen Kühlschrank-Schredderschrott pro Jahr. Im Januar 2015 wurde die bestehende mechanische Aufbereitung der Anlage durch ein neues sensorgestütztes Sortiersystem ersetzt. Tomra´s Autosort trennt Kunststoffe nach Polymertyp, und eine „Combisense“ verbessert die Qualität des wiedergewonnenen Kupfers und Aluminiums. Die von MERC sortierten Fraktionen an ABS (98,3 Prozent Reinheit) und PP (93,2 Prozent Reinheit) erreichen inzwischen den fünffachen Wert von gemischtem Kunststoff; es gibt nur einen minimalen Verlust an wertvollen Metallen. Das aufgewertete Kupfer (99,2 Prozent Reinheit) und Aluminium (97,8 Prozent) erzielen einen höheren Marktwert als vorher.

Prognosen deuten auf ein anhaltendes Wachstum des globalen Bedarfs an Kunststoffen hin. Tomra wird weiterhin in Forschung und Entwicklung investieren und eng mit den Herstellern von Kunststoffen und Recyclingunternehmen weltweit zusammenarbeiten, um neue Chancen im Kunststoffrecycling zu identifizieren.

www.tomra.com

Für den Inhalt sind die Autoren verantwortlich.

*) Grand View Research Marketing and Consulting: Plastics Market Analysis By Product (PE, PP, PVC, PET, Polystyrene, Engineering Thermoplastics), By Application (Film & Sheet, Injection Molding, Textiles, Packaging, Transportation, Construction) and Segment Forecasts To 2020
**) PlasticsEurope (PEMRG/Consultic)
***) KERP Kompetenzzentrum Elektronik & Umwelt, 2009

Foto: Tomra Recycling Solutions

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