Recycling von Kunststoffverpackungen PET Getränkeflaschen und andere Anwendungen
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- Clemens Langenberg
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1 PET Getränkeflaschen und andere Anwendungen Dr. Frank Welle Fraunhofer Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung 9. BfR Forum Verbraucherschutz 28. ktober 2010, Berlin
2 PET Verpackungsstruktur Alkoholfreie Getränke in Deutschland Ziel des "super-clean" Recyclings ist die Rückführung des Recylats in die PET Einwegflasche Steigerung von PET Einweg hauptsächlich auf Kosten von Glas Mehrweg und Dose Marktanteil [%] PET Einweg PET Mehrweg Pflichtpfand PET Gesamt: 81% in 2009 Quelle: GfK
![Kosten von Glas Mehrweg und Dose Marktanteil [%] 80 70 60 50 40 30 20 10 PET Einweg PET Mehrweg](/docs-images/48/20796805/images/page_2.jpg "Pflichtpfand PET Gesamt: 81% in 2009 Quelle: GfK 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007")
3 Verpackungsrecycling "Closed loop Recycling" Abfüller Handel Verbraucher Kunststoff Neuware Verpackungshersteller Kunststoffsammlung Pfandsystem Non-food Anwendungen Kunststoff- Recyclat Recylieren Sortieren
4 PET Recycling Voraussetzungen PET Flaschen sind weltweit in großen Mengen am Markt Sammelsysteme sind etabliert (Pfandsysteme, Kunststoffsammlungen) PET ist kaum additiviert und meist nicht gefärbt PET Flaschen sind nicht direkt bedruckt Alle im Verpackungsbereich (food/non-food) eingesetzten Rohstoffe sind für den Lebensmittelkontakt zugelassen PET ist ein sehr inertes Polymer (wenig Wechselwirkung mit dem Füllgut)
5 Konventionelles PET Recycling Konventionelles Recycling ist immer die Vorstufe des "superclean" Recyclings! Sammeln Sortieren Zerkleinern Waschen Pfandsysteme Kunststoffsammlungen konventionelles Recycling Polyolefine PET non-food Anwendungen Trennen PET Flakes "super-clean" Recycling Anwendung in Lebensmittelverpackungen
6 Polyesterchemie Terephthalsäure Ethylengycol H H H H H H H H Der Katalysator verbleibt nach der Herstellung im Polymer Entfernen durch hohe Temperaturen und Vakuum H 2 Katalysator Beim PET Recycling können gebrochene Ketten wieder verknüpft werden!
7 Herstellung PET Neuware C C >6 h Inertgasstrom Präpolymer Festphasenkondensation Schmelzekondensation PET pellets Entfernen von überschüssigem Ethylenglycol und Wasser Verfahrensschritte PET super-clean Recycling PET Neuware
8 PET "super-clean"recycling Dekontamination Pellets Prozessoption 1 Prozess angelehnt an PET Neuware-Herstellung Anhebung der Viskosität (Kettenverlängerung) super-clean PET pellets gewaschene rpet flakes Extrudieren rpet pellets Dekontaminieren Konventionelles Recycling >280 C 1-4 min Vakuumentgasung "super-clean" Recycling C 4-20 h Vakuum oder Inergasstrom
9 PET "super-clean" Recycling Dekontamination Flakes Prozessoption 2 Kurze Dekontaminationszeiten Kaum Kettenverlängerung super-clean PET pellets Flakes schlecht mit PET Neuware (Granulat) verarbeitbar optional gewaschene PET flakes Dekontaminieren super-clean PET flakes Extrudieren Konventionelles Recycling C Ca. 1 h Vakuum oder Inertgasstrom >280 C 1-4 min Vakuumentgasung
10 PET Recycling Konzentrationsverteilung potentieller Kontaminanten initial Schichtdicke Flake: 300 µm Künstliche Kontamination: 500 ppm Toluol, 7 d bei 55 C Konzentration [mg/kg] sehr hohe Inertheit von PET Durchschnittliche Kontamination: 630 ppm Fazit: Ein PET flake ist nie homogen kontaminiert berfläche PET Flake Außenseite Kontamination Schichtdicke [µm]
11 PET Recycling Dekontamination Flakes initial 5 min 180 C 630 ppm sehr schnelle Dekontamination aber kaum Viskositätserhöhung (keine Kettenverlängerung) Konzentration [mg/kg] min 180 C berfläche PET Flake Außenseite Vakuum ppm 19 ppm Schichtdicke [µm]
![Kettenverlängerung) Konzentration [mg/kg] 500 400 300 200 15 min 180 C](/docs-images/48/20796805/images/page_11.jpg "berfläche PET Flake Außenseite Vakuum 100 0 250 260 270 280 290 300 32 ppm 19")
12 PET Recycling Dokontamination Pellets ppm homogene Verteilung der Kontaminanten durch Aufschmelzen der Flakes deutlich längere Chargenzeiten bei pellets Konzentration [mg/kg] initial 1 h 180 C 5 h 180 C berfläche PET Flake Außenseite Vakuum 356 ppm Viskositätserhöhung (Kettenverlängerung) ppm Schichtdicke [µm]
![[mg/kg] 500 400 300 200 initial 1 h 180 C 5 h 180 C berfläche PET Flake Außenseite Vakuum](/docs-images/48/20796805/images/page_12.jpg "356 ppm Viskositätserhöhung (Kettenverlängerung) 100 0 250 260 270 280 290 300 82 ppm")
13 PET "super-clean" Recycling Dekontamination Flakes initial Ablösen der obersten Polymerschicht Ablösung von ca. 15 µm der berfläche (auf beiden Seiten) 10% des Polymers gehen verloren! Keine Viskositätserhöhung Konzentration [mg/kg] Schichtdicke [µm] berfläche PET Flake
14 PET "super-clean" Recycling Depolymerisation der berfläche Prozessoption 3 super-clean PET pellets optional gewaschene PET flakes berfläche depolymerisieren super-clean PET flakes Extrudieren Konventionelles Recycling Benetzen mit Natronlauge C Ca. 3-5 h Inergasstrom >280 C 1-4 min Vakuumentgasung
15 PET "super-clean" Recycling Depolymerisation zu ligomeren C Prozessoption C >6 h Inergasstrom virgin Präpolymer Festphasenkondensation Schmelzekondensation PET pellets Bypass Extruder gewaschene rpet flakes Konventionelles Recycling Depolymersieren Zugabe von Ethylenglycol C Anhebung der Viskosität (Kettenvelängerung) Maximal 30% Recyclatanteil recyclathaltige PET Neuware
16 PET "super-clean" Recycling Reinigungseffizienzen aus Challenge Tests Reinigungseffizienzen trotz unterschiedlicher Prozesse sehr ähnlich Quellen: Franz et al, Deutsche Lebensmittel-Rundschau, 1998, 94, ; Franz, Welle, Deutsche Lebensmittel-Rundschau, 1999, 95, ; Franz, Welle, Food Additives and Contaminants, 2002, 19, ; Blanchard, Kunststoffe, 2003, 93, ; Welle, Food Additives and Contaminants 2008, 25, Reinigungseffizienz leichtflüchtige Kontaminanten schwerflüchtige pellet Dekontamination >99% >99% flake Dekontamination ca. 95%-99% ca. 80%-99% partielle Depolymerisation der berfläche nicht publiziert partielle Depolymerisation zu ligomeren >99% >99%
17 PET Recycling Sammelmengen in Europa Sammelmenge: t Export: t Import: t Verlust: t (Verschlüsse, Etiketten, ) Sammelmenge [1000 t] % pro Jahr Ca 5% pro Jahr Bilanz 2009: t (gewaschene PET Flakes) Quelle: PETCRE/PCI Jahr
18 PET Recycling Sammelmengen nach Ländern Rücklaufquote 2009 Europaweit: 48.4% Norwegen: 90.5% Schweiz: 86.4% Island: 85.5% Dänemark: 81.8% Estland: 81.1% Niederlande: 80.0% : : Griechenland: 11.3% 32.1% Rest Europa 33% UK t 7% Spanien Frankreich 7% 11% Deut schland 29% It alien 13% Rücklaufquoten 93.5% 41.7% Quelle: PETCRE/PCI 39.2% 62.8%
19 PET Recyclate Anwendungsgebiete Flaschen 7% Folien 16% Anderes 5% Bänder 10% 2001 Fasern 62% Anderes Bänder 4% 7% 49% der PET Recyclate gingen 2009 bereits zurück in Verpackungsanwendungen Anderes Bänder 4% 8% Flaschen 22% t Fasern 40% Flaschen 15% Folien 16% 2005 Fasern 57% Folien 27% Quelle: PETCRE/PCI
20 PET "super-clean" Kapazitäten europaweit 2010 In 1000 t pro Jahr Sonstige EU; 99 Deutschland; 131 Österreich; 63 Gesamtkapazität "super-clean" Recycling: t Quelle: Fraunhofer IVV UK; 69 Niederlande; 54 Frankreich; 77 Italien; 78
21 Anlagenbauer "super-clean" Recycling Bühler EREMA Schweiz Österreich Know how für den Anlagenbau hauptsächlich in Europa und USA! Krones HL Starlinger URRC Deutschland Deutschland Österreich USA installierte Anlagen in Europa Anlagen werden weltweit exportiert! Bandera Bepex Gneuss UPS Italien USA Deutschland USA FDA Approval, aber noch keine installierte Anlage in Europa Quelle: Fraunhofer IVV UIF Deutschland
22 HDPE "super-clean" Recycling Gesamtmenge HDPE Milchflaschen: t Sammelmenge: t verfügbare Recylatmenge: t Sortenreiner, unbedruckter HDPE Rücklauf aus Lebensmittelverpackungen nur in Großbritannien verfügbar HDPE Milchflaschen als Quelle (Sortiereffizienz muss >99% sein!) und als Anwendungsbereich Recyclatanteil in HDPE Milchflaschen in UK bisher ca. 10% ab ktober 2010: 15% Ziel 2020: 50% Recyclatanteil Zwei Recyclinganlagen produzieren derzeit"food grade" HDPE Recyclat in UK Quelle: Kunststoffinformation
23 HDPE "super-clean" Recycling Dekontamination Flakes Reinigungseffizienzen: leichtflüchtige Substanzen: >99% schwerflüchtige Substanzen: 94-99% Sortiereffizienz ist deutlich wichtiger als bei PET (nur Milchflaschen!) super-clean HDPE pellets gewaschene HDPE flakes Dekontaminieren super-clean HDPE flakes Extrudieren Konventionelles Recycling Ca. 120 C ca. 1 h Vakuum (1-2 mbar) ca 230 C 1-4 min Vakuumentgasung Quelle: Welle, Food Additives and Contaminants, 2005, 22,
24 weitere "super-clean" Recyclingkandidaten bisher kein "super-clean" Recycling etabliert Ausblick: PP: schwierig da zu hoher non-food Rücklauf PS: kaum geeignete Sammelmengen PLA: wäre interessant Polypropylen (PP) hohe Anteil im Verpackungsbereich hoher non-food Anteil direkt bedruckt (Druckfarbenproblematik) geringe Inertheit Polystyrol (PS) mittlerer Anteil im Verpackungsbereich zwei Materialtypen (HIPS, GPPS) direkt bedruckt (Druckfarbenproblematik) hohe Inertheit Polymilchsäure (PLA) viel zu geringe Sammelmengen
25 Zusammenfassung und Ausblick PET "super-clean" Recycling ist in Europa (weltweit) etabliert (in Europa seit ca. 15 Jahren) PET "super-clean" Recycling: Vier Grundverfahren, viele Prozessvarianten PET "super-clean" Kapazität derzeit bei ca t/y Europäische Recycling Regulation 282/2008 führte zu einem verstärkten Einsatz von "super-clean" PET und zum Aufbau weiterer Recyclingkapazitäten 50% Recyclatanteil bei PET-Flaschen problemlos möglich (z.t. schon am Markt) HDPE Milchflaschenrecycling nur in UK (10% Recyclatanteil seit 2008 etabliert) Andere Polymere: PS aussichtsreichster Kandidat
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