Marktanalyse

Kunststoff-Recycling: Von der Abfallwirtschaft zur Kreislaufwirtschaft

Donauchem
Kunststoffabfall ist ein wertvoller Rohstoff, aus dem durch Recycling wieder neue Rezyklate hergestellt werden können. Mit der EU-Kunststoffstrategie sind die Anforderungen an die Kunststoffindustrie zur Wiederverwertung von Kunststoffen enorm gestiegen. Wo Österreich derzeit steht und welche Recycling-Verfahren zum Einsatz kommen, dazu mehr in diesem Blog.  

Die Donauchem GmbH bietet mit ihrem umfangreichen Portfolio an Industrie- und Spezialchemikalien eine ganze Reihe an Produkten, welche auch im Bereich des Kunststoffrecyclings zum Einsatz kommen. Bei der rohstofflichen bzw. tertiären Verwertung von Kunststoffabfällen wird sehr häufig in wässrigen Medien bzw. in Wasserkreisläufen gearbeitet, wo Säuren oder Laugen zur pH-Wert-Einstellung  zur Anwendung kommen.

Außerdem werden diverse Salz- oder Elektrolyt-Produkte ebenfalls zur Pufferung diverser Wasserkreisläufe und zur Wasserbehandlung verwendet. In weiterer Folge kommen Additive wie z. B. Entschäumer zum Einsatz, um die Schaumbildung während diverser Prozessschritte zu unterbinden sowie andere Spezialchemikalien zur Wasserenthärtung.
Zusätzlich bieten wir anorganische Produkte der Donau Chemie Wassertechnik als Fällungsmittel an wie etwa Eisen(III)chlorid und Polyaluminiumchlorid.
 

EU-Kunststoffstrategie: Das Ende der Wegwerfgesellschaft

Die vielseitigen Einsatzmöglichkeiten von Kunststoff haben in den letzten 50 Jahren den Kunststoffbedarf verzwanzigfacht. Da sich der Verbrauch von Kunststoffen in den kommenden 20 Jahren voraussichtlich verdoppeln wird, wurde Anfang 2018 mit der EU-Kunststoffstrategie die Grundlage für eine neue Kunststoffwirtschaft geschaffen.

Zu den Kernelementen der Strategie gehören:
  • Recyclingfreundliches Design: Bis 2030 sollen alle in der EU in Verkehr gebrachten Kunststoffverpackungen wiederverwendet oder kosteneffizient recycelt werden können.
  • Bessere und stärker harmonisierte getrennte Sammlung und Sortierung von Kunststoffabfällen.
  • Erhöhung des Recyclinganteils in Kunststoffprodukten und Stärkung der Nachfrage nach Kunststoffrezyklat.
  • Reduktion von Einwegkunststoffen.
  • Einheitliche Vorschriften für die Bestimmung und Kennzeichnung kompostierbarer und biologisch abbaubarer Kunststoffe sowie Festlegung von Kriterien für ihre Verwendung.
  • Eindämmung der Umweltverschmutzung durch Mikroplastik, u.a. durch Beschränkung der Verwendung von Mikroplastik in Produkten und die Verringerung der unbeabsichtigten Freisetzung von Mikroplastik aus Reifen, Textilien und Farben.
  • Innovationen und Investitionen für kreislauforientierte Lösungen, insbesondere in den Bereichen Trennung (z.B. digitale Wasserzeichen), Recyclingtechnologien sowie Polymerdesign.
Mit der Änderung der Abfallrahmen- und Verpackungsrichtlinie wurden höhere Quoten für das Recycling und die Vorbereitung zur Wiederverwendung von Siedlungsabfällen (mind. 50 %) und Kunststoffverpackungsabfällen (mind. 55 %) bis zum Jahr 2030 festgelegt.
Über Selbstverpflichtungen der Kunststoffbranche im Rahmen der Circular Plastics Alliance (CPA) soll zudem sichergestellt werden, dass bis 2025 zehn Millionen Tonnen Kunststoff-Rezyklate zu neuen Produkten für den EU-Markt verarbeitet werden.

 

Handlungsbedarf bei Kunststoff-Recycling in Österreich

Österreich liegt in Sachen Abfallwirtschaft und Recycling im EU-Spitzenfeld. Im Bereich des Kunststoff-Recycling besteht allerdings noch Nachholbedarf. Um die ambitionierten EU-Ziele zu erfüllen, setzt die Kunststoffbranche in Österreich vor allem auf den Ausbau der Rezyklierbarkeit ihrer Produkte sowie auf eine Erhöhung des Rezyklatanteils.

Im Fokus stehen hierbei Kunststoffverpackungen. Bei einer aktuellen Recyclingquote von 25% muss die Output-Quote von derzeit 75.000 t bis 2025 auf 150.000 t und bis 2030 auf 165.000 t angehoben werden. Die Erreichung dieser Recyclingziele setzt die ausreichende Verfügbarkeit hochwertigen Input-Materials voraus. Bisher behindern jedoch noch die niedrigen Mengen an getrenntem Kunststoff die Tätigkeit der Kunststoffrecycler in weiten Teilen Europas.

Ansatzpunkte für Maßnahmen zur Ankurbelung der Kreislaufwirtschaft wurden unter anderem im 10 Punkte Maßnahmenpaket - Rethinking Plastics des Fachverbands der chemischen Industrie (FCIÖ) sowie im Rahmen einer Studie zur Recyclingfähigkeit von Verpackungen (FCIÖ) erarbeitet.

Ein wichtiges Grundlagendokument für die Etablierung und Weiterentwicklung der Kreislaufwirtschaft wurde mit der Studie Facts Matters – Erhebung des Kunststoffstoffstroms in Österreich 2019 geschaffen. Sie liefert ein umfassendes Stoffstrombild für den Werkstoff Kunststoff in Österreich und umfasst die Bereiche Produktion, Verarbeitung und Verbrauch, Abfallaufkommen und Verwertung, Kunststoffrezyklate und Einsatzgebiete.

Im Jahr 2019 setzten laut Studie die kunststoffverarbeitenden Betriebe in Österreich mehr als 160 kt Kunststoffrezyklat für die Herstellung von neuen Produkten ein. Dabei handelte es sich um Rezyklat aus Produktions- und Verarbeitungsabfällen sowie um Rezyklat aus Post-Consumer Abfällen.
 

Quelle: Facts Matter Ergebnispräsentation Stoffstrombild Kunststoffe in Österreich 2019.
 

Welche Arten von Recycling gibt es?

Die Begriffe Recycling und Verwertung werden häufig synonym verwendet. Während jedoch Verwertung auch die energetische Nutzung von Kunststoffabfällen umfasst, bezieht sich Recycling lediglich auf deren stoffliche Verwertung. Es gilt: 

Verwertung = Recycling + energetische Verwertung

Kunststoffe können grundsätzlich auf drei verschiedene Arten verwertet werden:
  1. Werkstoffliche Verwertung: Die entsorgten Kunststoffe werden mechanisch aufbereitet. Die chemische Struktur der Polymere bleibt dabei erhalten.
  2. Rohstoffliche Verwertung: Die Kunststoffpolymere werden durch das Einwirken von Wärme oder Lösungsmittel in ihre Grundstoffe (Monomere) zerlegt und wieder zur Herstellung neuer Polymere oder Kohlenwasserstoffe eingesetzt.
  3. Energetische Verwertung: Die Kunststoffabfälle werden verbrannt und zur Erzeugung von Strom, Dampf oder Wärme genutzt. 
Eine andere gebräuchliche Art der Einteilung gliedert sich in vier Kategorien:
  1. Primäre Verwertung: Mechanische Aufarbeitung in Produkte mit gleichen Eigenschaften wie das Ausgangsprodukt (closed-loop-Recycling).
  2. Sekundäre Verwertung: Mechanische Aufarbeitung in Produkte mit schlechteren Eigenschaften als das Ausgangsprodukt (Downgrading bzw. Downcycling)
  3. Tertiäre Verwertung: Chemische Verwertung des Ausgangsprodukts durch Zerlegung des Polymers in seine Ausgangsbausteine (Feedstock-Recycling). Biologisch abbaubare Polymere fallen auch unter diesen Begriff.
  4. Quartäre Verwertung: Energetische Verwertung des Ausgangsmaterials.
Primäre und sekundäre Verwertung beschreiben somit das werkstoffliche Recycling, tertiäre Verwertung das rohstoffliche Recycling und quartäre Verwertung die energetische Verwertung.


Wie hoch sind die Verwertungsquoten von Kunststoffabfällen in Österreich?

Insgesamt fallen in Österreich pro Jahr rund 1 Million Tonnen an Kunststoffabfällen an (2019: 0,98 Mio. t).
  • „Sortenreine“ Kunststoffabfälle machen etwa ein Sechstel aus (2019: 17,5 %). Dazu zählen insbesondere Kunststofffolien, Polyolefinabfälle sowie Kunststoffemballagen und –behältnisse.
  • Der überwiegende Anteil befindet sich mit unterschiedlich hohen Kunststoffanteilen in gemischten Abfällen wie Sperrmüll, Altfahrzeugen oder Elektronik-Altgeräten (2019: 80,5 %).
  • Der Rest entfällt auf Kunststoffe in Farben, Lacken, Schlämmen und Weichmachern (2019: 2 %).
Ein knappes Drittel der Kunsstoffabfälle ist Kunststoffverpackungen zuzurechnen (2018: 302 Mio. t). Davon entfallen wiederum mehr als die Hälfte auf Polyolefine.



Die überwiegende Behandlungsform der Kunststoffabfälle in Österreich stellt die energetische Verwertung dar, gefolgt von der werkstofflichen und der rohstofflichen Verwertung. Letztere kommt lediglich in sehr geringem Umfang zum Einsatz.

Im Jahr 2019 wurden „sortenreine“ Kunststoffabfälle zu 86 % stofflich verwertet, zu 13 % verbrannt und zu 1% deponiert. Bei den kunststoffhaltigen Abfällen wurde der überwiegende Anteil von rund 90 % thermisch behandelt, 8 % wurden stofflich verwertet und nur 2 % deponiert.



Insgesamt stehen in Österreich 59 Anlagen für Sortierung, Aufbereitung und Recycling von Kunststoffabfällen zur Verfügung (2019):
  • 15 Sortier- und Aufbereitungsanlagen von Kunststoffabfällen bzw. kunststoffreichen Abfällen (Jahreskapazität 273.300 t).
  • 24 Anlagen für werkstoffliches Recycling von Kunststoffabfällen bzw. kunststoffreichen Abfällen (Jahreskapazität ca. 416.000 t). In 19 Anlagen erfolgt die Herstellung von Regranulaten, Flakes oder Mahlgut, in fünf weiteren Anlagen werden Kunststofferzeugnisse oder Halbzeuge aus Altkunststoffen hergestellt.
  • 19 Anlagen zur Aufbereitung/Verwertung von Styropor (Jahreskapazität 3.400 t). In den Anlagen wird Styropormahlgut hergestellt, welches z. B. in der Baustoffindustrie für die Herstellung von Baustoffen verwendet wird.
  • 1 Pilotanlage für chemisches Recycling im Re-Oil-Verfahren (Jahreskapazität ca. 800 t). Aus dem Kunststoffabfall werden Grundstoffe für die Petrochemie und Treibstoffproduktion gewonnen.

Quelle: BMK (2020) Statusbericht 2020 
 

Für jeden Kunststoff das passende Recyclingverfahren

Etwa 90% der Kunststoffe werden aus nur sechs verschiedenen Sorten hergestellt, die sich mit den wichtigsten Recyclingklassen decken. Hunderte weitere finden Anwendung als Sonderkunststoffe in Spezialanwendungen. Diese enorme Vielfalt an unterschiedlichen Plastikarten macht Kunststoff-Recycling letztlich auch deutlich aufwendiger als dies etwa bei Glas oder Papier der Fall ist. 

Für das werkstoffliche Recycling ist es essentiell, dass die Abfallmaterialien möglichst sauber und sortenrein  erfasst werden. Gemischte Abfälle sind schwieriger zu recyceln und mit einem hohen Aufwand an Logistik, Sortierung und Reinigung verbunden.
Da die rohstoffliche Verwertung keine hohe Reinheit des Materials erfordert, stellt sie eine gute Alternative zur werkstofflichen Verwertung dar. Für eine funktionierende Kreislaufwirtschaft braucht es somit beides - die Technologien ergänzen sich sehr gut.
 

1. Werkstoffliche Verwertung

Bei der werkstofflichen Verwertung handelt es sich um eine Kombination verschiedener, mechanischer Vorbehandlungsschritte und einer anschließenden Aufbereitung des Altkunststoffes mithilfe verschiedener Verfahren. Grundsätzlich lassen sich fast alle Kunststoffarten mit mechanischem Recycling zu Rezyklaten verarbeiten. Duroplasten und Elastomere sind jedoch aufgrund der physikalisch-chemischen Grundstruktur nur begrenzt werkstofflich verwertbar.

Neben den unterschiedlichen Kunststofftypen ist das werkstoffliche Recycling auch mit dem Problem der begrenzten Rezyklierbarkeit konfrontiert. Die Beanspruchung durch Gebrauch und Aufarbeitung führt zum Abbau der Polymerketten und bewirkt eine Qualitätsminderung. Polyethlyen verzeichnet z.B. nach mehreren Recyclingzyklen eine niedrigere Festigkeit, schlechtere Verarbeitungseigenschaften und geringere optische Eigenschaften. Die meisten Kunststoffe lassen sich daher nur etwa drei bis fünf Mal recyceln.
 

Beispiel: Recyclingprozess für Post-Consumer Kunststoffverpackungen

Die Qualität des Rezyklats steigt mit einer möglichst hohen Sortenreinheit und geringem Verschmutzungsgrad des Input-Materials. Die Vorbehandlungsschritte Sortierung, Zerkleinerung, Trennung, Waschen und Reinigung nehmen diesbezüglich eine zentrale Rolle ein. 

Recyclingprozess für Post-Consumer Kunststoffverpackungen (Grafik: Ecoplast 2013
 

1. Vorsortierung

Die Kunststoffabfälle werden zunächst mit Hilfe verschiedener Verfahren (Siebe, Magnete, Kameras, Induktionstechniken, Infrarotscan) nach den verschiedenen Kunststoffarten und anderen Materialien wie Metallen sortiert. Kunststoffe, die aus nur einem Kunststoff bestehen, bilden sortenreine Fraktionen (PET, PS, PP, PE). 


2. Zerkleinerung, Reinigung und Trennung

Die sortierten Altkunststoffe werden anschließend zerkleinert,  gewaschen und nach der Dichte des Materials getrennt. Dafür werden insbesondere das Schwimm-Sink-Verfahren, Hydrozyklon-Verfahren oder Zentrifugen-Verfahren eingesetzt. 

Die Reinigung wird meist mit Wasser durchgeführt. Um die Kunststoffschnitzel von hartnäckigen Haushalts- oder Industrieverunreinigungen zu befreien, kommen häufig zusätzlich Laugen (meist Natronlauge) und Reiniungsverstärker (Tenside und eventuell andere Zusätze) zur Anwendung. Störungen des Trennverfahrens durch Oberflächenschaum oder am Kunststoff anhaftende Luftbläschen lassen sich mit Entschäumern beheben. Für die Behandlung des Abwassers werden Säuren zum Neutralisieren (z.B. Schwefelsäure), Entschäumer, Flockungsmittel und Aktivkohle eingesetzt.


3. Trocknung und Umschmelzung

Die getrockneten Kunststoffteilchen wandern anschließend in den Extruder und werden dort bei Temperaturen zwischen 200 und 240 Grad Celsius zu Granulat bzw. Rezyklat weiterverarbeitet. Werden beim Einschmelzen weitere Materialkomponenten hinzugefügt, bezeichnet man das Granulat als Recompound oder Regenerat, während beim reinen Einschmelzen ohne weitere Zusätze das Granulat als Regranulat bezeichnet wird.

Entfällt ein Auf- oder Umschelzen spricht man von Mahlgut. Thermoplaste können in Granulate umgeschmolzen werden, während Duroplaste und Elastomere als gemahlenes Material weiterverwendet werden.


4. Weiterverarbeitung zu Kunststoffprodukten

Anschließend können aus den Rezyklaten wieder verschiedene Kunststoffe hergestellt werden. Für sortenreine Kunststoffe sind Sinterpress-, Extrusions-, Spritzguss- und Intrusionsverfahren geeignet. Durch die Modifikation der Verfahren lassen sich heute auch vermischte und verschmutzte Kunststoffabfälle zu Produkten verarbeiten (Downcycling). 
 

2. Rohstoffliches Recycling

Beim rohstofflichen bzw. chemischen Recycling werden die Kunststoffpolymere in ihre Grundstoffe (Monomere) zerlegt, die je nach Recyclingverfahren für die Herstellung neuer Polymere oder chemischer Substanzen wie flüssige Kohlenwasserstoffe, Öl, Benzin und Gas dienen. Das Verfahren eignet sich vor allem für die Aufbereitung von gemischten und verschmutzen Abfallströmen, die mit mechanischen Recyclingmethoden nicht bearbeitet werden können.

Für die rohstoffliche Verwertung von Kunststoffabfällen stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, die auf den Mechanismen der Polymerzerlegung, der Hydrierung von flüssigen Kohlenwasserstoffen, der thermischen Zersetzung oder der Vergasung beruhen (Solvolyse,  Pyrolyse, Katalytische Depolymerisation, Hydrierung, Verwertung im Hochofen als Reduktionsmittel, Vergasungsverfahren).

Im Vergleich mit der werkstofflichen Verwertung sind die rohstofflichen Recyclingverfahren allerdings kostenintensiv und apparativ deutlich aufwendiger. Viele dieser Verfahren sind von der Industrietauglichkeit noch Jahre entfernt. Den höchsten Entwicklungsstand weisen derzeit energieintensive Vergasungsverfahren auf, bei denen die Kunststoffe stark erhitzt und dann per Synthese zerlegt werden. Für einen wirtschaftlichen Betrieb der verfahrenstechnischen Anlagen sind zudem große Mengen an Kunststoffabfall erforderlich. Lediglich bei einer Verwertung im Hochofen sind auch kleine Chargen möglich.

Der Einsatz von chemisches Recycling ist vor allem dort sinnvoll, wo die Rohstoffe direkt weiterverarbeitet werden können, also in einer Raffinerie oder Petrochemieanlage. Ein Beispiel ist die OMV ReOil-Anlage in der Raffinerie Schwechat, in der aus Altkunststoff synthetisches Rohöl erzeugt wird, aus dem hochwertige Kunststoffe hergestellt werden.


Pilotanlage für das chemische Recycling in der Raffinerie Schwechat in Österreich. © OMV 
 

Fazit: Der Weg zur Kunststoff-Kreislaufwirtschaft ist komplex

Damit eine Transformation hin zu einer Kunststoff-Kreislaufwirtschaft gelingt, ist die Veränderung der Wertschöpfungsketten, Stoffströme und Produktentwicklungsprozesse erforderlich. Dies bedeutet einen tiefen Eingriff in die Strukturen der Kunststoffindustrie. Die Entwicklung von recyclingfähigen Kunststoffprodukten, die Verfügbarkeit sortenreiner Abfälle und der Ausbau der Sortier- und Recyclingkapazitäten gehören aktuell zu den größten Herausforderungen der Branche.

Details zu unseren Produkten für diese Anwendungen finden Sie in unseren diversen Produktportfolien und auf Anfrage.
Donauchem GmbH

www.donauchem.at

Quellen und weiterführende Literatur:
Facts Matters – Erhebung des Kunststoffstoffstroms in Österreich 2019 - Stand 16.August 2022
Studie Kunststoffabfälle in Österreich – Aufkommen und Behandlung, Umweltbundesamt 2017 - Stand 16.August 2022
Studie zum Thema „Vergleich der Eignung verschiedener Bewertungssysteme für die Recyclingfähigkeit von Verpackungsmaterialien in Österreich”, ofi/WKO 2021 - Stand 16.August 2022
Technology Roademap - Sustainable Plastics Solution, Business Upper Austria – OÖ Wirtschaftsagentur GmbH 2021 - Stand 16.August 2022
Plastics – The Facts 2020, Plastics Europe - Stand 16.August 2022
Studie zur Umsetzung der Kunststoff Strategie in der Steiermark, 2020 - Stand 16.August 2022
Recycling und Verwertung von Kunststoffabfällen – Probleme, Herausforderungen und Lösungen aus rohstofflicher und abfallwirtschaftlicher Sicht, DIin Andrea Eder, JKU Linz 2017 - Stand 16.August 2022
10-Punkte Maßnahmenpaket „Rethinking Plastics “ so wird Österreich zur Vorzeigeregion für nachhaltige Kunststoffkreisläufe (FCIÖ) - Stand 16.August 2022
Die Bestandsaufnahme der Abfallwirtschaft in Österreich - Statusbericht 2021 - Stand 16.August 2022
Sortierung und Recycling von Kunststoffabfällen in Österreich, Status 2019 - Stand 16.August 2022
Sortierung und Recycling von Kunststoffabfällen in Österreich, Kurzpräsentation Status 2019 - Stand 16.August 2022
Circularity Report 2022, Plastics Europe - Stand 16.August 2022
Circular Economy für Kunststoffe neu denken, VDI-Round Table 2021 - Stand 16.August 2022
PlasticsEurope Austria - Stand 16.August 2022
Projekt cleandanube - Stand 16.August 2022
Recycling von Kunststoff: Abfall soll Öl für die Chemieproduktion liefern - Stand 16.August 2022
Donauchem

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