Kreislaufwirtschaft bei Kunststoffen 05. Feb 2021 Von Martin Ciupek

Fluoreszierende Marker könnten Effizienz im Recycling steigern

Um immer strengere Recyclingquoten zu erfüllen, reicht es nicht, möglichst viele Kunststoffe wieder einzusammeln. Nur wenn sie auch effizient sortiert und sortenrein aufbereitet werden, landen sie nicht in der Müllverbrennung. Fluoreszierende Marker könnten dabei nun helfen.


Foto: Jörg Woidasky/Hochschule Pforzheim

Noch immer landen Kunststoffabfälle viel zu oft in der thermischen Verwertung. Damit wird zumindest der Energiegehalt des Materials genutzt. Doch das Ziel der deutschen Verpackungsverordnung, ab 2022 insgesamt 63 % der Kunststoffabfälle zu recyceln, ist damit kaum zu erreichen. Der Entwurf des Verpackungsgesetzes sieht darüber hinaus Mindestrezyklatanteile in Verpackungen vor. Für die Recyclingbetriebe und auch die potenziellen Abnehmer der Rezyklate ist das auch eine Frage der Effizienz. Denn damit die aufbereiteten Kunststoffe wieder für neue Produkte verwendet werden können, müssen diese sortenrein sein. Das bedeutet, die Abfälle müssen entsprechend sortiert werden. Und das ist bei den unterschiedlichen Zusammensetzungen von Kunststoffen nicht einfach, zumal auch Verbundmaterialien in den Anlagen landen. An der Hochschule Pforzheim wurde dazu nun ein Demonstrationsprojekt abgeschlossen, in dem fluoreszierende Marker die Sortierprozesse im Kunststoffrecycling verbessern.

Plagiatschutz für das Recycling

Die dazu eingesetzten Fluoreszenzmarker wurden ursprünglich für den Produkt- und Plagiatschutz eingesetzt. Die Firma Polysecure hatte sie entwickelt, um damit hochwertige Produkte fälschungssicher zu machen. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „MaReK – Markerbasiertes Sortier- und Recyclingsystem für Kunststoffverpackungen“ wurden sie nun erfolgreich in dem neuen Anwendungsbereich erprobt. Insgesamt 37 Mio. € hat das BMBF für Untersuchungen zu „Plastik in der Umwelt“ bereitgestellt. Damit wurde der Eintrag von Kunststoffen in die Umwelt gemessen und deren Auswirkungen genauer untersucht. Eines dieser insgesamt 20 geförderten Forschungsvorhaben ist MaReK, das von Forschern der Hochschule Pforzheim geleitet wurde.

Der Markerspezialist Polysecure hatte beim Einsatz für die effiziente Kreislaufwirtschaft zunächst die Trennung von faserhaltigem und nichtfaserhaltigem PVC beim Recycling von Fensterprofilen im Blick. Daraus entstand schließlich die Branchenlösung Tracer-Based-Sorting (TBS). Zusammen mit Anwendern wurde das Sortiermaschinenkonzept entwickelt und das Markierverfahren industriell validiert. Nach Unternehmensangaben wurden inzwischen viele Zehntausend Tonnen an PVC mit dem Fluoreszenzmarker gekennzeichnet.

Die Forschenden aus Pforzheim attestieren der TBS-Technologie nun, dass Kunststoffe auch unter abfallwirtschaftlichen Bedingungen durch die Markierung mit fluoreszierenden Tracern und deren schnelle Erkennung verlässlich sortiert und so im Sinne einer Kreislaufwirtschaft hochwertig stofflich verwertet werden können.

Kleine Menge erzielt große Wirkung

Für das Tracer-Based-Sorting reichen bereits geringste Mengen von Fluoreszenzmarkern auf Verpackungen oder Etiketten. Letztere bilden in dem Verfahren anders als bei bestehenden Sortiertechniken ein vom Packstoff unabhängiges Trennmerkmal. Die Marker sind anorganische, chemisch weitgehend inerte Pulver und gelten somit als vollkommen unschädlich.

Durch für das menschliche Auge nicht sichtbare Strahlung beginnen die Partikel in der Sortieranlage zu leuchten und können über ihre spezifischen Farben differenziert werden. Unter Alltagsbedingungen bleibt die Markierung verborgen. Dennoch können damit Verpackungen von den Maschinen einfach erkannt werden. Die Markierung funktioniert dabei sogar unabhängig von Form, Artwork, Flexibilität– und weitgehend auch von Verschmutzung des Packmittels. Somit könnten beispielsweise auch schwarze flexible Verpackungen mit hoher Erkennungsquote sortiert werden. Diese sind mit sonst in der Sortiertechnik genutzten optischen Verfahren der klassischen Bildverarbeitung nur sehr schwer zu detektieren.

Bisher wurde laut den Forschenden das Material bei der Sortierung von Verpackungen nur nach Kunststoffarten (z. B. PE, PP, PS, PET) getrennt. Das Tracer-Based-Sorting ermögliche nun viel genauere Trennungen. Somit ließen sich jetzt auch Kunststoffe für spezifische Verarbeitungsverfahren aussortieren oder Verpackungen nach Verwendungszweck für Lebensmittel, Nicht-Lebensmittel und Gefahrstoffe trennen. Durch das im Projekt entwickelte Verfahren könnten somit hochwertige Rezyklate hergestellt werden, die sich auch für den erneuten Einsatz in Verpackungen eignen. Das Projektteam ist sich deshalb sicher: „Damit gibt es jetzt eine technische Lösung, mit der sich die Mindestrezyklatquoten, die der Entwurf des neuen Verpackungsgesetzes vorsieht, gut erfüllen lassen.“

Interdisziplinär zum Erfolg

„Das Vorhaben war ein hervorragender Rahmen für eine interdisziplinäre Zusammenarbeit“, betonen die Projektleiter Claus Lang-Koetz, Professor für Nachhaltiges Technologie- und Innovationsmanagement in der Fakultät Wirtschaft und Recht, und Jörg Woidasky, Professor für Nachhaltige Produktentwicklung an der Fakultät für Technik. Beide gehören dem Institut für Industrial Ecology (Inec) der Hochschule Pforzheim an. Das Team bestand aus zwei Arbeitsgruppen der Hochschule, die mit den Projektpartnern Polysecure GmbH, Werner & Mertz GmbH, Der Grüne Punkt – Duales System Deutschland GmbH sowie mit dem Institut für Mikrostrukturtechnologie des KIT und – als assoziiertem Partner – mit der Landesagentur Umwelttechnik BW GmbH zusammenarbeiteten.

Im Rahmen des Gesamtprojekts wurden neben einer Technikumsanlage zur Verpackungssortierung beim Projektpartner Polysecure unter anderem Druckverfahren für die Kennzeichnung von Kunststoffverpackungen erprobt. Zudem wurden mehrere optimierte Markersubstanzen entwickelt. Darüber hinaus hat die Hochschule Pforzheim die Ökobilanz des Verfahrens bewertet, Geschäftsmodelle dazu entwickelt und den Umsetzungsprozess für die Innovation detailliert untersucht, um einen Know-how-Transfer zu ermöglichen. Als Grundlage diente dazu eine deutschlandweite Analyse von Leichtverpackungen. Daraus wurde eine Fotodatenbank mit über 25 000 gebrauchten Einzelverpackungen erstellt. Diese ist nun die Basis umfangreiche wissenschaftliche Folgearbeiten, die in mindestens einer Doktorarbeit Anwendung finden.

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