„Die Entwicklung eines mechanischen Sortierverfahrens zur Schließung des Kreislaufs für das Recycling von Verschlusskappen in Lebensmittelqualität ist bahnbrechend. Die Entwicklung eines Systems, mit dem gemischte Polyolefine konsequent und mit hoher Reinheit nach Polymer und Farbe getrennt werden können, ist ein echter Wendepunkt“, kommentiert Joe Castro, Präsident von Greenpath Enterprises, Colton, Kalifornien, USA.
Der Full-Service-Recycler, -Verarbeiter und -Hersteller hat sich mit Tomra Recycling Sorting zusammengetan, um eine Sortierlinie für Kunststoff-Flakes in die bestehende Anlage zu integrieren. Die Sortierlinie wurde speziell für die Identifizierung und Trennung von Polyolefin-Verschlüssen von kohlensäurehaltigen und kohlensäurefreien Getränkeflaschen entwickelt. Greenpath verfolgt damit eine Vision: die Erschaffung eines ebenso effektives Recyclingsystem für Flaschenverschlüsse, wie es bereits für das Recycling von Flaschen existiert. „Wir stehen am Anfang der Entwicklung eines Sortiersystems für Verschlüsse, ähnlich dem, das heute für Flaschen üblich ist“, fügt Eric Olsson, Area Segment Manager Plastics bei Tomra Recycling Sorting, hinzu.
Das vertikal integrierte Unternehmen Greenpath, das seit mehr als 25 Jahren an Standorten in Kalifornien, Nevada und Texas tätig ist, verarbeitet eine breite Palette von Materialien, wobei der eingehende Materialfluss mitunter etwas uneinheitlich sein kann. Hier sieht Castro jedoch den Vorteil des Unternehmens, welches eine Bandbreite an Services anbietet. Greenpath schafft in vielerlei Hinsicht Mehrwert. Der Recycler bietet Lieferanten und Kunden eine Lösung aus einer Hand, verarbeitet gemischte Anhängerladungen und unterschiedliche Materialströme, und stellt daraus hochwertige Produkte her.
Zu den verarbeiteten Materialien gehören Papier, Metalle und Kunststoffe. Berücksichtigt man nur die Polyolefinmaterialien – Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und Polypropylen (PP) – verarbeitet Greenpath Flaschen, Folien, starre Kunststoffe und natürlich auch Flaschenverschlüsse. „Polypropylen und Polyethylen (PE) sind zusammen die am häufigsten vorkommende Kunststofffamilie der Erde, aber der Markt für wertvolle Anwendungen für gemischte Polyolefine ist begrenzt“, erklärt Olsson.
Leider haben PE und PP sehr ähnliche Dichteeigenschaften und es ist schwierig, sie in ihre verschiedenen Polymertypen zu trennen. Daher werden gemischte Polyolefine in erster Linie für Anwendungen verwendet, die mehr Verunreinigungen oder eine größere Bandbreite an Materialspezifikationen ermöglichen. „Alternativ verblenden andere Unternehmen gemischte Polyolefine und Primärkunststoffe, wobei der Anteil an Primärkunststoff den der recycelten Kunststoffe übersteigt“, so Castro.
Fokussiert darauf, seinen Kunden umfangreiche Dienstleistungen zu bieten, hat das Recycling der Polyolefin-Verschlüsse ab dem Zeitpunkt, als das Unternehmen begann, recycelte Flaschenverschlüsse zu reinigen und zu verarbeiten, Castro in den vergangenen 15 Jahren nachts wachgehalten. Er hatte eine Vision für einen Sortierprozess, der eine qualitativ hochwertige, konsistente Trennung von HDPE und PP ermöglicht. Dies würde Markeninhabern und Produktionsunternehmen die Flexibilität geben, Post-Consumer Rezyklate in ihre Spritzgussanwendungen zu integrieren. „Wir streben letztlich einen Reinheitsgrad von 98 % oder mehr an“, verspricht Castro.
Die Suche nach einem Recyclingverfahren für Flaschenverschlüsse
Ein Getränkebehälter besteht in der Regel aus vier Teilen: der Flasche, dem Deckel oder Verschluss, dem Ring und dem Etikett. In Staaten mit Gesetzen zum Rezyklatgehalt von Flaschen haben Verpackungsunternehmen und Recycler den ersten Schritt getan und sich auf die PET-Flasche konzentriert, die den größten Teil des Gewichts des Behälters ausmacht. Eine ausgereiftere PET-Recycling-Infrastruktur hat dazu beigetragen, dass Markeninhaber bis zu 100 % PCR-Material (Post-Consumer-Rezyklate) in ihre Flaschen integrieren.
Da die Vorschriften zur Erhöhung des Rezyklatgehalts am Gewicht immer strenger werden, ist der Verschluss die nächste logische Komponente des Behälters, die es zu berücksichtigen gilt. „Wenn wir dem Ansatz von Greenpath folgen, kann sich die Industrie auf eine Verpackung mit 100 % PCR bezogen auf das Gewicht zubewegen und dabei nur mechanische Sortierung verwenden“, erklärt Olsson.
Damit der Verschluss zu einem Recycler wie Greenpath gelangt, ist die Flasche der Träger durch die Müllsortieranlage. „Andernfalls wird der Verschluss am Anfang des Kreislaufs aussortiert und wahrscheinlich auf einer Deponie gelagert“, so Castro. Die Flaschen, Etiketten, Verschlüsse und Ringe werden zerkleinert und anschließend werden die PET-Flaschen in einem Sink-Schwimm-Verfahren von den PE- und PP-Verschlüssen getrennt. Das schwerere PET sinkt nach unten und die leichteren Polyolefine schwimmen und werden als sekundäres Recycling-Nebenprodukt abgeschöpft.
Der Logik nach könnte die Verwendung von PET sowohl für die Flasche als auch für den Verschluss das Problem lösen, aber Olsson verdeutlicht, dass das nicht so einfach ist. „Verpackungen aus einem einzigen Material sind ein Traum, den viele Recycler, Markeninhaber und Chemieunternehmen anstreben, doch so weit sind wir noch nicht. Verschiedene Polymere haben unterschiedliche Stärken und Schwächen“, sagt er. „Der Einbau eines Gewindes in den Deckel, das erforderlich ist, um den Behälter zu verschließen und dichtzuhalten, ist eine Eigenschaft, für die sich Polyolefine, PE und PP, besonders gut eignen.“
Während einige Recycler von Flaschen gemischte Polyolefine als Abfall betrachten, sieht Castro hier eine Chance. Aufgrund seiner Erfahrung mit einer Vielzahl von Materialien und seiner Philosophie, seinen Lieferanten Lösungen aus einer Hand anzubieten, verfügt Greenpath über umfangreiche Verarbeitungsmöglichkeiten mit verschiedenen Linien zur Sortierung unterschiedlicher Ausgangsmaterialien. Das Unternehmen ist versiert in mechanischen, Multi-Material- und Chargen-Recyclingverfahren.
Um die Chance zu nutzen, den Kreislauf für Verschlüsse zu schließen und einen nachhaltigeren Markt für Polyolefine zu schaffen, hat Greenpath verschiedene Technologien zur Sortierung der gemischten Polyolefine geprüft. „Die Dichten von PE und PP liegen sehr nahe beieinander, sodass die Verwendung von Schwimm-/Sinktanks nicht effektiv ist“, erklärt Castro. Alternative Recyclingtechnologien wurden ebenfalls in Betracht gezogen, boten aber nicht die gewünschte Ausbeute oder Rückgewinnung sowohl für PE- als auch für PP-Harze. Laut Castro rechtfertigte die Kosten-Nutzen-Analyse einfach nicht den Platz- und Kapitalbedarf. „Die Ausbeute ist gering, und man muss den Aufwand, den Platzbedarf und den Abfall berücksichtigen, der beim Trennungsprozess entsteht“, sagt er.
Greenpath konzentrierte sich auf eine mechanische Lösung mit Flakesortierern. Die Verantwortlichen des Unternehmens nahmen Gespräche mit Tomra auf, da es über fortschrittliche Flakesortierlösungen verfügt. Einer der Konstruktionsparameter dieser Technologie war es, Wert in Form von Rezyklaten aus mehrkomponentigen Kunststoffabfallströmen zu gewinnen.
Olsson weist darauf hin, dass die Industrie die Obergrenze für die mechanische Sortierung von Polyolefinen noch nicht erreicht hat. „Es empfiehlt sich, einen Weg einzuschlagen, der das Material so wenig wie möglich verändert und auf die effizienteste Weise sortiert“, betont er. „Die Hersteller mechanischer und chemischer Sortiertechnologien bringen gerade die ersten Verfahren auf den Weg, um Materialien herzustellen, die aus den in den 20er-Jahren eingegangenen Verpflichtungen zur Kreislaufwirtschaft 2025 und 2030 resultieren. Die Erzeugung von Polymerströmen mit einer Reinheit von 95 % oder mehr ist für viele Arten von nachgelagerten Recyclingprozessen entscheidend. Die Flakesortierung kann uns diesem Ziel näherbringen.“
Flexibilität bei der mechanischen Sortierung
Die Diskussionen über die Ziele von Greenpath führten zur Auswahl des Innosort Flake-Sortierers von Tomra. Für das Unternehmen war besonders interessant, dass der Sortierer keine große Stellfläche erfordert, was die Integration in der Anlage in Colton, Kalifornien, erleichtert. Nach einer Beratung über die Reinheit, die Ausbeute und den Durchsatz, die erforderlich sind, um die Ziele von Greenpath zu erreichen, wurden schließlich Flakesortierer installiert.
Innosort Flake ist auf Flexibilität ausgelegt und verfügt über eine einzigartige Kombination von Sensortechnologien, darunter Farbkameras, die 16,8 Millionen Farbvariationen erkennen können. Die zweiseitigen Kameras „sind auf beiden Seiten der Materialrutsche positioniert, durch die die Materialien fallen, sodass sie den Unterschied zwischen einer Seite des Flakes und der anderen erkennen können“, erklärt Olsson. Dadurch wird die Identifizierung von In-Mold-Etiketten erleichtert, die eine Verunreinigung darstellen können. „Dank Funktionen wie dieser eignet sich das System besonders für die Polyolefin-Recycling-Lieferkette, in der dringend Qualitätslücken geschlossen werden müssen“, fügt er hinzu.
Das Flying Beam-Beleuchtungssystem bietet eine schnelle und zuverlässige Materialerkennung durch die Nahinfrarot-Sensoren (NIR) des Sortierers. Es gewährleistet eine homogene Lichtverteilung über die gesamte Maschinenbreite von 2 Metern und sorgt für die Erkennung von PE- und PP-Materialien sowie von anderen Polymeren und Materialien. Die Beleuchtungstechnologie ist zum Schutz vor Beschädigungen in die Scannerbox integriert und bietet im Vergleich zu herkömmlichen Lichtsensoren eine Energieeinsparung von bis zu 80 %.
Die Konfigurationsflexibilität ermöglicht ein- oder mehrstufiges Sortieren mit derselben Einheit. „Wir können die Maschine in mehrere Sortieraufgaben pro Rutsche aufteilen und sogar eine Rutsche in zwei verschiedene Prozessströme oder mehr unterteilen“, erläutert Olsson. „Wir können mehrere Durchgänge mit einer Maschine ausführen oder viele Maschinen in Reihe schalten, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.“
Castro räumt ein, dass das uneinheitliche Ausgangsmaterial, das Greenpath erhält, eine Herausforderung für die Sortierung darstellt. Doch das Unternehmen konnte diese Schwankungen durch jahrelange Erfahrung ausgleichen und liefert ein gutes, hochwertiges Rezyklat. Dennoch erhält das Unternehmen am Ende ein gemischtes Polyolefin-Material. „Die Technologie von Tomra ermöglicht es uns, die Rezyklatqualität auf ein neues Niveau anzuheben, was uns ermöglicht, den Kreislauf für Flaschenverschlüsse zu schließen“, sagt er.
Optimierung für mehr Konsistenz
Der Vorteil von Greenpath für seine Lieferanten ist auch ein Hindernis für die Sortierung von Polyolefin-Flakes. Die uneinheitliche Zusammensetzung der zu sortierenden Flakes – und die Tatsache, dass dies der erste Betrieb in Nordamerika ist, der diese Art der Sortierung von gemischten Polyolefinen durchführt – erforderte bei der Optimierung der Sortierung Detailarbeit. „Diese Maschinen arbeiten optimal in einem gleichmäßigen Strom“, erklärt Olsson, „und müssen daher als ganzheitliches Prozesssystem zusammen mit anderen Arten von Verarbeitungssystemen funktionieren.“
Beide Unternehmen haben sich entschieden, den Prozess optimal zu gestalten. „Wir haben uns nach einem Unternehmen umgesehen, das uns auf diesem Weg unterstützt. Entschieden haben wir uns letzten Endes für Tomra. Ein Hersteller könnte auch einfach sagen: ‚Ihr kennt die Ausrüstung und wisst, was sie kann, also findet selbst heraus, wie sie funktioniert‘“, so Castro. „Aber Tomra hat uns bei diesem Projekt wirklich enorm unterstützt. Es fühlte sich nach einer echten Partnerschaft an und es war von Anfang an klar, dass zusätzliche Unterstützung nötig sein würde, um den Prozess optimal zu gestalten.“
Um die von Greenpath angestrebte hohe Reinheit von PE und PP Einzelfraktionen aus uneinheitlichem gemischtem Polyolefin-Ausgangsmaterial zu erreichen, analysieren beide Partner den gesamten Sortierprozess. In der Anlage in Colton ist zwar noch einiges zu tun, aber „die mechanische Machbarkeit ist vorhanden“, bestätigt Olsson.
Das System ist jetzt an einem Punkt angelangt, an dem der Kreislauf mit den Innosort Flake-Sortierern zunächst nach Polymer und dann nach Farbe sortieren kann. „Wenn ein Kunde eine natürliche oder eine bestimmte sortierte Farbe wünscht, wie ein rotes, weißes, blaues, oranges oder grünes PE- oder PP-Produkt, können wir das Material reinigen und dem Kunden eine sortierte Farbe liefern. Diese hochqualitativen Post-Consumer Rezyklate entsprechen seinen entsprechenden Anforderungen“, sagt Castro.
Olsson von Tomra zeigt sich optimistisch in Bezug auf das, was bei Greenpath erreicht wurde, die Auswirkungen auf den Markt für gemischte Polyolefine und was sie für die Verpackungsunternehmen bedeutet, die sich bemühen, ihre Ziele für den Rezyklatgehalt zu erreichen. „Wir fangen gerade erst richtig an, diese Chance zu nutzen“, sagt er. „Wir stehen am Anfang der Kreislaufwirtschaft für gemischte Abfallströme aus Polyolefinen. In Zukunft wird das für Polyolefine nicht mehr nur ein Wunschtraum sein.“
