Enorme 18,91 Millionen Tonnen Verpackungen fielen 2019 laut Umweltbundesamt (UBA) in Deutschland an. Mit rund 8,3 Millionen Tonnen hatten Papier, Pappe und Karton dabei den größten Anteil. Es folgten Holz (3,3 Millionen Tonnen), Kunststoffe (3,2 Millionen Tonnen) und Glas (3,1 Millionen Tonnen). So unterschiedlich wie die Verpackungsmaterialien sind auch die Verfahren, um sie zu verwerten. Pfandsysteme wie bei Glas ermöglichen eine sortenreine Wiederverwertungsquote. Leichtverpackungen wiederum wandern in hiesigen Haushalten vorwiegend in den Gelben Sack beziehungsweise in die Gelbe Tonne. Erst in Sortieranlagen werden die Wertstoffe wieder auseinanderdividiert: Weißblech, Aluminium, Getränkekartons und getrennte Kunststoffarten gehen danach ins Recycling, ebenso wie die Rohstoffe aus der Altglas- und Altpapiersammlung. Mischkunststoffe hingegen werden nur zum Teil weiteraufbereitet. Sortierreste, bei denen dies nicht möglich ist, werden energetisch verwertet, sprich: verbrannt. Dieses sogenannte Duale System, vor 32 Jahren in Deutschland etabliert, erfasst jedoch bei Weitem nicht alle Ressourcen im gewünschten Umfang. Nach wie vor gehen zu viele seltene und wertvolle Rohstoffe verloren. Auch mit Blick auf Umwelt- und Klimaschutz arbeitet die Forschung an neuen Technologien, um Kreislaufwirtschaft qualitativ wie quantitativ deutlich stärker voranzubringen.
Seltene Erden
Handlungsbedarf gibt es etwa bei den sogenannten Seltenen Erden. Da diese in Europa derzeit nicht nennenswert im Bergbau gewonnen werden, ist das Recycling von Elektronikschrott eine wichtige Quelle. Doch bei der Anreicherung des wertvollen Materials kommen umweltgefährdende Chemikalien zum Einsatz. Forschende am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) könnten eine Lösung für dieses Problem gefunden haben, wie sie im Journal of Physical Chemistry C berichten: Sie nutzen einfache Magnete, um Seltenerd-Ionen aus Lösungen einzufangen. Diese Technik hat sich bislang nur für Materialien bewährt, die in einem angelegten Magnetfeld stark magnetisiert werden können, zum Beispiel Eisen. Bei viel schwächeren magnetischen Materialien, wie etwa paramagnetischen Seltenerd-Metallionen, war das bislang nicht der Fall. Jedes Material reagiert anders auf ein Magnetfeld, je nach dessen Stärke und Art. Diesen Umstand macht sich das Team von Zhe Lei vom Institut für Fluiddynamik am HZDR zunutze: „Um die ursprünglich über die ganze Lösung verteilten Seltenerd-Ionen effizient abtrennen zu können, müssen wir zunächst dafür sorgen, dass sie sich in einer Schicht anreichern. Das gelingt uns mit unserem Magneten.“ Dies ist ein großer Schritt hin zu einer einsatzfähigen Trenntechnologie.
Polster- & Füllmaterial
Großes Potenzial schlummert auch im vermeintlich Simplen. Polster- und Füllmaterialien beim Warentransport werden wie die Kartonagen in der Regel nur einmal verwendet. Sie zu recyceln, kostet Energie, außerdem müssen Transportwege für Entsorgung und Aufbereitung zurückgelegt werden. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF haben gemeinsam mit der Berges GbR in Darmstadt eine alternative Lösung entwickelt und patentiert: eine stapelbare Mehrwegtransportbox, in der sich ein reversibel aufblasbares Luftpolster befindet, das sich beim Aufblasen um das Packgut legt und damit für hohen Transportschutz sorgt. Die Folie für dieses Luftpolster ist aus dem gleichen Material wie die Umverpackung gefertigt. Das Gesamtsystem besteht somit aus einem für das Recycling idealen sortenreinen Monomaterial. Das Luftpolster lässt sich über die reine Transportsicherung hinaus auch für besondere Anforderungen anpassen, etwa mit einer leitfähigen Ausrüstung versehen. Nach dem Ablassen der Luft aus dem Polster ist die Box faltbar, was ihr Transport- und Lagervolumen im ungefüllten Zustand stark reduziert.
Riesen-Thema: Kunststoffe
Recycling von Kunststoffen und die Verwendung von recyceltem Material für Verpackungen spielen eine große Rolle für den Umweltschutz und die Verringerung von Plastikmüll. Um Verbund- und Mehrschichtmaterialien, die nicht recycel- oder abbaubar sind, zu ersetzen, wird in der Wissenschaft mit neuartigen Polymerzusammensetzungen experimentiert, die biologisch abbaubar sind oder sogar eine biologische Basis haben. Prototypen dieser neuartigen, umweltfreundlichen Kunststoff- und Papierprodukte gibt es bereits: Lebensmittel- und Kosmetikverpackungen, Membranen für Wasserfilter und Diagnostik, intelligente Kunststoffoberflächen für die Automobilindustrie sowie biologisch abbaubare Sicherheits- und Fälschungsschutzetiketten.
Nun könnte diese Recycling-Innovation auch die Energiewende entscheidend voranbringen: „Wir sind stolz darauf, die erste funktionierende organische Solarzelle auf einem recycelten Polypropylen-Substrat zu präsentieren“, sagte John Fahlteich auf der IndTech 2022 Ende Juni in Grenoble. Der Koordinator des Projekts FlexFunction2Sustain vom Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP verwies dort zudem auf weitere Produktkonzepte, die sein Team in den vergangenen zwei Jahren entwickelt hat: ein vollständig recyceltes Getränkepaket, optische Beschichtungen auf biodegradierbarer Folie, Lebensmittelverpackungen auf semitransparentem Papier und ein membranbasierter Spritzensatzfilter für Diagnostik- und Wasserfilteranwendungen.
Recycling rund um Wasserstoff
Auch bei der Speicherung von Wasserstoff, dem zentralen Baustein der anstehenden Energiewende, kann Recycling eine wichtige Rolle spielen. Hierfür werden Metallhydride verwendet, die große Mengen an Wasserstoff auf kleinem Raum speichern. Für ihre Produktion werden bisher hochreine Materialien benötigt. Diese zu gewinnen oder herzustellen, setzt große Mengen CO2 frei. Forschende des Helmholtz-Zentrums Hereon haben nun gezeigt, dass diese Wasserstoffspeicher sich auch aus recycelten Industrieabfällen herstellen lassen. Das macht die Herstellung der Metallhydride deutlich klimafreundlicher. „Ansätze der Kreislaufwirtschaft für die Herstellung von Wasserstoffspeichermaterialien zu nutzen“, so Claudio Pistidda, Wissenschaftler am Hereon-Institut für Wasserstofftechnologie, „ermöglicht es uns, die Energie-Herausforderungen unserer Zeit auf eine nachhaltigere Weise anzugehen.“
