Kunststoffrecycling: Innovation und Automatisierung ermöglichen eine Kreislaufwirtschaft

Das Recycling von Kunststoff begann in den 1970er Jahren und somit 20 Jahre nach der flächendeckenden Akzeptanz des Materials im Alltag. Aber das Recycling konnte damals nicht mit unserem Kunststoffkonsum Schritt halten. Und auch in der schnelllebigen Welt von heute ist das nicht anders.

Im Jahr 1950 betrug die weltweite Kunststoffproduktion rund 2 Millionen Tonnen. Laut Statista belief sich die weltweite Kunststoffproduktion im Jahr 2020 auf rund 367 Millionen Tonnen. Das bedeutet einen leichten Rückgang gegenüber den Vorjahren, der auf die Auswirkungen von COVID-19 auf die Kunststoffindustrie zurückzuführen ist.

Bei all dem neuen Kunststoff, der in Umlauf gebracht wird, sollte man meinen, dass ein Großteil davon recycelt wird, aber das ist leider nicht der Fall. Nur ein Bruchteil des jährlich anfallenden Kunststoffs wird überhaupt für das Recycling gesammelt, und der größte Teil davon wird gar nicht erst recycelt. Infolgedessen landen die meisten Kunststoffe auf Mülldeponien und schließlich in der Umwelt, was zu einem Anstieg der Abfälle weltweit und der Verschmutzung sowohl an Land als auch im Meer führt.

Seit 1992 wurde mehr als die Hälfte der zum Recycling vorgesehenen Kunststoffabfälle der Länder mit höherem Einkommen in Hunderte von Ländern mit niedrigerem Einkommen zur Verarbeitung exportiert. Der größte Teil ging dabei nach China. Nach Angaben des National Center for Biotechnology wurde damit eine Möglichkeit geschaffen, Kunststoffabfälle zu entsorgen und zu verhindern, dass sie auf Mülldeponien oder in Verbrennungsanlagen landen.

Aber Chinas National Sword-Richtlinie von 2018 änderte das. Vor dieser Richtlinie importierte das Land nach Angaben des Ministry of Ecology and Environment 42,27 Millionen Tonnen unsaubere und gemischte Wertstoffe, die 2017 ihren Höchststand erreichten – und das meiste davon war zu schmutzig, um es zu recyceln. Einem Bericht in Yale Environment 360 aus dem Jahr 2018 zufolge wurden selbst vor dem Verbot weniger als 13 % der in das Land eingeführten Kunststoffe recycelt oder verbrannt. Der Rest landete auf Mülldeponien oder in Flüssen und Ozeanen. Einer der Hauptgründe für die neue Politik Chinas war es, die Einfuhr dieser minderwertigen Kunststoffe, die sich nur schwer sortieren und recyceln lassen, zu verringern.

Plastikverschmutzung stellt eine wachsende Bedrohung für alle Ökosysteme dar. Da China und andere Nationen nicht mehr die Hälfte des weltweiten Abfalls aufnehmen, wird sich das Problem laut einem Bericht der Vereinten Nationen vom Oktober 2021 bis 2030 mehr als verdoppeln. Die Vereinigten Staaten haben weniger als ein Zehntel ihrer Kunststoffabfälle recycelt, wobei Europa mit etwa einem Drittel besser abschneidet. Aber jetzt werden alle diese Länder mehr Kunststoff haben, den sie nicht mehr exportieren können – und damit wird sich die Kunststoffsituation noch verschlimmern.

Der Lebenszyklus

Mehr Recycling scheint eine logische Lösung für das Problem zu sein. Leider sind nicht alle Kunststoffe seit jeher recycelbar und die meisten können auch nicht mehrfach recycelt werden. Die meisten Kunststoffe, die vom Konsumenten entsorgt werden (z. B. Verpackungen von Lebensmitteln oder Margarine- und Joghurtbecher) gelten bei herkömmlichen mechanischen Recyclingverfahren als „nicht verwertbar“ und werden größtenteils verbrannt oder auf Deponien entsorgt.

Dieser Kunststoff, Polypropylen, wird selten recycelt. Besser bekannt als „Kunstharz-Code #5“, wird es in allen möglichen Produkten verwendet, von Shampooflaschen und Plastikbechern bis hin zu Autoteilen und medizinischen Geräten. Die Entfernung von Verunreinigungen, Farben und Gerüchen aus diesen Kunststoffen zur Wiederverwertung war traditionell teuer und kompliziert und führte oft zu schlechten Ergebnissen.

Tatsächlich wird weniger als 1 % der 170 Milliarden Pfund Polypropylen-Kunststoff, die jedes Jahr produziert werden, für Recycling und Wiederverwendung zurückgewonnen. Das bedeutet auch, dass es eine große Chance gibt, den vielseitigsten und am häufigsten verwendeten Kunststoff der Welt besser zu recyceln, damit er sich in eine Kreislaufwirtschaft einfügt. Durch die Rückgewinnung von Ressourcen am Ende des Lebenszyklus eines Produkts und die Rückführung in die Produktion minimiert die Kreislaufwirtschaft den Druck der Produkte auf die Umwelt. Gerade beim Recycling und der Wiederverwendung vorhandener Produkte besteht ein wichtiges Ziel u. a. darin, die vermehrte Abgabe von Kohlenstoff an die Umwelt zu verringern.

Innovation als Rettung

Der weit verbreitete Einsatz innovativer Recyclingtechnologien könnte eine geschlossene Kreislaufwirtschaft von der Materialentwicklung über die Trennung bis hin zur Wiederaufbereitung fördern und alten Kunststoffen neues Leben einhauchen. Chemische Recyclingtechnologien können die derzeitige mechanische Verarbeitung verbessern bzw. ersetzen. Dabei werden gebrauchte Kunststoffe mittels hoher Temperaturen, chemischer Reaktionen oder beidem in neue, neuwertige Kunststoffe, Brennstoffe oder andere Chemikalien oder Produkte umgewandelt.

Diese Technologien reduzieren die überwältigende Menge an nicht wiederverwertbaren Kunststoffen, die möglicherweise in die Umwelt gelangen könnten. Um Farben, Gerüche und andere Verunreinigungen aus dem gebrauchten Kunststoff zu entfernen, ist eine fortschrittliche Technologie erforderlich. Darüber hinaus kann die Automatisierung (z. B. von Emerson angebotene Services) eine wesentliche Rolle bei der Umwandlung von Altkunststoffen in neue Produkte spielen, Abfall und Umweltverschmutzung reduzieren und die Kosten der Kunststoffproduktion senken.

Zwei Unternehmen veranschaulichen das Potenzial des Kunststoffrecyclings, indem sie neue Wege für die Verarbeitung von Polypropylen aufzeigen. PureCycle verwandelt Kunststoffe in reines, nahezu neuwertiges Polypropylen und führt dieses so in die Kunststoffwirtschaft zurück, während ReNew ELP gemischte Kunststoffe auf hochwertige Chemikalien und Öle reduziert – als Ausgangsmaterial für neue Anwendungen.

Neues Polypropylen aus altem Polypropylen

Die im US-amerikanischen Orlando ansässige Firma PureCycle Technologies nutzt eine innovative Technologie, um Abfälle in nahezu neues Polypropylen zu verwandeln, das demselben Verwendungszweck erneut zugeführt werden kann. Das von Procter & Gamble entwickelte Verfahren entfernt Farb-, Geruchs- und Verunreinigungsstoffe und verwandelt das recycelte Material in hochreines recyceltes Polypropylenharz mit neuwertigen Eigenschaften, sodass es für die Herstellung neuer Kunststoffprodukte verwendet werden kann.  

„Recycelte Kunststoffe haben in der Regel eine graue Farbe, einen unangenehmen Geruch und enthalten Verunreinigungen, die nach Gesetzeslage bedenklich sind“, sagt John Layman, Senior R&D Director für die Entwicklung nachhaltiger Materialien bei Procter & Gamble und Erfinder des von PureCycle verwendeten Lösungsmittelreinigungsverfahrens.

Laut Layman ist dies derzeit die einzige Technologie, die der Nachfrage nach besser recyceltem Polypropylen gerecht werden kann, was es zu einem Gewinn sowohl für PureCycle als auch für die Umwelt macht. „Verbraucherinnen und Verbraucher erwarten heute in zunehmendem Maße, dass die Produkte, die sie kaufen, umweltfreundlich sind“, sagt er. „Diese neue Technologie ist ein Gewinn für beide Seiten: Sie fördert unsere innovativen Fähigkeiten und schützt gleichzeitig die Umwelt.“ 

PureCycle kann nahezu neuwertiges Polypropylen-Kunststoffmaterial herstellen, das für viele Anwendungen geeignet ist, z. B. für den ursprünglichen Verwendungszweck als Verpackung in der Medizin, Kosmetik, Lebensmittel- und Getränkebranche sowie für Textilien und die Kraftfahrzeugindustrie. „Somit lassen sich die niedrigen Recyclingquoten für Polypropylen weltweit ins Gegenteil umkehren und es ergeben sich neue Möglichkeiten für die Kunststoffversorgung in allen Anwendungen mit Polypropylen,“ so Dustin Olson, Chief Manufacturing Officer bei PureCycle Technologies.

Zur Herstellung des fortschrittlichen Polypropylens baut PureCycle gemeinsam mit Emerson neue Anlagen unter Verwendung des digitalen Ökosystems Plantweb mit intelligenten Sensoren und Industriearmaturen, Betriebssoftware und einem Cloud-basierten Datenmanagementsystem.

Im Gegensatz zu traditionellen Produktionsstätten, die mit der Umstellung von alten Plattformen auf digitale Technologien zurechtkommen müssen, werden diese Einrichtungen laut Olson „digital geboren“ sein. Das Unternehmen plant eine schnelle Expansion, um in den nächsten 15 Jahren 50 Werke zu bauen, und die Automatisierung von Emerson wird das Unternehmen bei der schnellen Skalierung unterstützen. „Dank der Hilfe von Emerson“, wie er sagt, „kann jede PureCycle-Einrichtung mit den modernsten digitalen Automatisierungstechnologien starten, die verfügbar sind, was eine schnellere Projektabwicklung, voll integrierte Systeme und eine erstklassige operative Leistung ermöglicht.“

(Wie) ein Neuanfang

Das Verfahren des britischen Unternehmens&ReNew ELP geht noch einen Schritt weiter, indem es Polypropylen in seine chemischen Ausgangsstoffe zurückverwandelt. Das Unternehmen verwendet überkritischen Dampf, bei dem Wasser über seinen kritischen Punkt erhitzt und unter Druck gesetzt wird, sodass es sowohl die Eigenschaften einer Flüssigkeit als auch eines Gases aufweist. Dieser überkritische Dampf spaltet die polymere Kunststoffstruktur des geschredderten Materials und wandelt den schwer zu recycelbaren Kunststoff in neue Kohlenwasserstoffrohstoffe um, die zur Herstellung neuer Kunststoffe verwendet werden können. 

Viele Kunststoffe, die vom Konsumenten entsorgt werden (z. B. kontaminierte Artikel oder flexible, mehrschichtige Kunststoffverpackungen) sind mit herkömmlichen mechanischen Recyclingmethoden nicht recycelbar und wären daher gute Kandidaten für das Verfahren von ReNew ELP. Denn das von Mura Technology entwickelte überkritische HydroPRS-Dampf- und Destillationssystem trennt Kunststoffe in die ursprünglichen Chemikalien und Öle, aus denen sie hergestellt wurden. Zudem ist keine Trennung des Ausgangsmaterials erforderlich – alle Kunststoffe, ob verunreinigt oder nicht, können dem Prozess gemeinsam zugeführt werden.

Die Verringerung der durch Kunststoffe verursachten Umweltverschmutzung auf globaler Ebene erfordert einen beschleunigten Übergang zu neuen Verfahren, zusätzliche Innovationen und die Fähigkeit, ehrgeizige Nachhaltigkeitsziele zu unterstützen.

Diese neuen Verfahren beruhen auf fortschrittlicher Automatisierungstechnologie und Software, um skalierbare Produktionsmodelle zu schaffen. Deshalb hat ReNew ELP Emerson als Partner für digitale Automatisierung gewählt, um einen sicheren, effizienten und innovativen Prozess zu gewährleisten. Darüber hinaus wird das Unternehmen ReNew ELP mit den projekt- und betriebsbezogenen Methoden sowie einem Leit- und Sicherheitssystem versorgen, um den effizienten Betrieb der Anlagen und die Sicherheit der Mitarbeiter zu gewährleisten.

„Durch die Umwandlung von Kunststoffen am Ende ihres Lebenszyklus in fossile Brennstoffe ersetzende Ausgangsstoffe verfügt ReNew ELP über das Potenzial, unnötige Einweg-Kunststoffprodukte zu eliminieren und die Rohstoffe für eine Kunststoff-Kreislaufwirtschaft herzustellen. Dadurch kann Wertschöpfung erzielt werden, statt Abfälle zu erzeugen“, erklärt Richard Daley, Managing Director von ReNew ELP.

Das Unternehmen hat eine Lebenszyklusanalyse durch die Warwick Manufacturing Group veranlasst, um die Umweltauswirkungen und das Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) seines neuen Recyclingverfahrens zu ermitteln. Bei dieser Analyse wird auch ermittelt, welche CO2-Einsparungen sich ergeben, wenn Kunststoffabfälle nicht mehr verbrannt, sondern dem fortgeschrittenen Recycling zugeführt werden. Die ersten Ergebnisse sind ermutigend und deuten auf eine deutliche Reduzierung des Treibhauspotenzials hin.

„Durch gemeinsame Projektentwicklung, moderne digitale Lösungen und Lifecycle-Services wird Emerson ReNew ELP zu einer Lösung verhelfen, die nachhaltiges Handeln ermöglicht und unserer Ziele hinsichtlich Ressourcenschonung verwirklicht,“ so Roel Van Doren, Group President von Global Sales bei Emerson.

Die Verringerung der durch Kunststoffe verursachten Umweltverschmutzung auf globaler Ebene erfordert einen beschleunigten Übergang zu neuen Verfahren, zusätzliche Innovationen und die Fähigkeit, ehrgeizige Nachhaltigkeitsziele zu unterstützen. Fortschrittliche digitale Automatisierungstechnologien, wie sie Emerson anbietet, in Verbindung mit innovativem und kooperativem Projekt-Engineering können Unternehmen wie PureCycle und ReNew ELP dabei unterstützen, langfristige Lösungen zu schaffen, die sicher, zuverlässig und produktiv sind und sicherstellen, dass das Ergebnis gut für die Umwelt und den Gewinn ist. Die Kombination aus einem vertrauenswürdigen digitalen Partner und innovativer Technologie wird einen großen Teil der rund 80 Millionen Tonnen Polypropylen-Kunststoff, die jedes Jahr produziert werden, eindämmen und uns auf den Weg in eine bessere Zukunft führen.