Brauereiabfälle in recycelbare, biobasierte Flaschen und Behältnisse umwandeln
Verpackungen aus nachwachsenden Rohstoffen müssen den Produktschutz gewährleisten, mit Industrieausrüstung kompatibel sein und nach der Verwendung recycelt werden können. Da die EU-Verpackungsvorschriften(öffnet in neuem Fenster) auf ökonomisch recycelbare Verpackungen drängen, hat das EU-finanzierte Projekt BioSupPack(öffnet in neuem Fenster) diese Anforderungen in einer Wertschöpfungskette zusammengeführt. Mit Unterstützung durch Horizont 2020(öffnet in neuem Fenster) und unter der Koordination des spanischen AIMPLAS-Zentrums für Kunststofftechnologie(öffnet in neuem Fenster) nutzte das Projekt Brauereitreber, also den nach dem Brauvorgang verbleibenden Treber, als Rohstoff für die Fermentation zur Herstellung von Polyhydroxyalkanoaten (PHA), natürlichen, von Mikroorganismen produzierten Polyestern. Die Verpackungs- und Recyclingarbeit umfasste starre Formate, die Abfallsortierung und zwei Wege zur Rückgewinnung des Materials nach dessen Verwendung.
Die PHA-Verpackungsversuche betrafen Flaschen, Behältnisse und Displays
BioSupPack entwickelte Formate für Produkte im Bereich Lebensmittel, häusliche Krankenpflege und Getränke. Das fortschrittlichste Produkt bildete ein spritzgegossenes Display für Bierflaschen, das im Hotel- und Gaststättengewerbe verwendet wurde. Projektkoordinatorin Rosa González Leyba von AIMPLAS sagt dazu: „Dieses letzte Modell wurde fast ein Jahr lang unter realen Einsatzbedingungen erprobt, mit sehr positiven Ergebnissen und Rückmeldungen von der Endabnehmerschaft.“ Die PHA-Formulierung lieferte auch während des Spritzgießens gute Ergebnisse. Bei faserbasierten Verpackungen zeigten PHA-beschichtete Eiscremebehältnisse eine vielversprechende Recycelbarkeit, während ein vorläufiger beschleunigter Versuch positive Ergebnisse hinsichtlich der Kompostierbarkeit zeitigte. An einer halbindustriellen Extrusionsblasformanlage, die Flaschen durch Einblasen von erhitztem Material ihre Form gibt, passte das Team die Verarbeitungsparameter an und entwickelte zwei Designs: eines für Wundauflagen und ein weiteres für Flüssigwaschmittel. Im Rahmen der Versuche wurden die Flaschen charakterisiert und untersucht, wie das Material mit dem vorgesehenen Inhalt interagierte.
Sortierung und enzymatisches Recycling zur Rückgewinnung von PHA-Verpackungen
Bei der Validierung an einer Pilot-Recyclinganlage identifizierte und trennte der Sortierprototyp von BioSupPack mehr als 95 % der PHA-Verpackungen aus gemischten Kunststoffverpackungsabfällen. Anschließend wurden Lebensmittelrückstände durch Waschen vor dem enzymatischen Recycling entfernt. Sonstige Materialrückstände nach der Sortierung sollten das enzymatische Recycling nicht behindern, da die Enzyme nur PHA anvisieren. González Leyba erklärt: „Im Hinblick auf die Abfälle nach Gebrauch befasste sich das Projekt für dieses Polymer mit dem enzymatischen Recycling als geeigneteren Weg zur Rückgewinnung des Stoffwerts, indem das Monomer extrahiert und wieder dem PHA-Produktionsverfahren zugeführt wird.“ Das zurückgewonnene Monomer bzw. der molekulare Baustein kann zur Herstellung neuer PHA verwendet werden, einschließlich Materialien, die für Lebensmittelverpackungen geeignet sind. Für Produktionsabfälle wurde ein anderer Weg beschritten: Durch mechanisches Recycling konnten die Abfallstoffe wieder in PHA-Mischungen für Flaschen eingebracht werden. Bestehende Anlagen benötigen die angepasste Sortiertechnologie, um gebrauchte PHA-Verpackungen der enzymatischen Behandlung zuzuführen.
PHA-Verpackungen erfordern eine Maßstabsvergrößerung und Sicherheitsprüfungen für den Lebensmittelkontakt
Für Behältnisse und Flaschen auf Faserbasis sind Versuche in größerem Maßstab erforderlich, um aufzudecken, ob weitere Anpassungen der Formulierungen oder Verarbeitung notwendig sind. Beide Prototypen wurden umfassenden Migrationsprüfungen unterzogen, um den Übergang von Substanzen aus der Verpackung zu bewerten. Diese Vorstudien gilt es durch Prüfungen auf spezifische Substanzen und unbeabsichtigt vorhandene Verbindungen zu ergänzen, bevor Anwendungen für den Lebensmittelkontakt vermarktet werden können. Das Produktionsvolumen ist ebenfalls entscheidend für die preisliche Wettbewerbsfähigkeit mit erdölbasierten Kunststoffen. González Leyba meint dazu: „Die Optimierung der PHA-Produktion in größerem Maßstab in Europa unter Verwendung anderer Rohstoffe würde es ermöglichen, die aktuellen Preise zu senken und den Einsatz dieses Materials in verschiedenen Sektoren auszuweiten.“ Für eine Maßstabsvergrößerung der PHA-Produktion sind weitere Forschungsmaßnahmen, Industrieinvestitionen und eine zuverlässige Treberlogistik gefragt. BioSupPack modellierte eine Online-Plattform, die den Kontakt zwischen europäischen Brauereien, die Treber anbieten, und potenziellen Abnehmern herstellt, um das Rohstoffmanagement und den Transport für eine Produktion im größeren Maßstab zu verbessern.
