Die Nachfrage nach Kunststoffrezyklaten wird aufgrund gesetzlicher Anforderungen und gesellschaftlichen Drucks immer größer. Allerdings stehen nicht genug Rezyklate zur Verfügung, um diese Nachfrage langfristig zu decken. Aus Sicht der Autoren würden der Status quo und Pfad­abhängigkeiten in der Recyclingindustrie zur Bevorzugung etablierter Technologien führen. Mit inkrementellen Verbesserungen bestehender Technologien könnten die Ziele aber nicht erreicht werden. Dies sei nur mit Technologieinnovationen zu erreichen. Die Studie hat untersucht, welche Aufbereitungsanforderungen künftig an die Kunststoffkreislaufwirtschaft gestellt werden. Daraus wurden potenzielle Lösungsszenarien abgeleitet.

Marktdynamik

Die Studie betont, dass die Märkte für Kunststoffrezyklate in Europa schwach entwickelt bleiben. Sie seien volatil und stark vom Primärkunststoffmarkt geprägt. Die Preisbildung sei zum einen durch relativ fixe Kosten in der Wertschöpfungskette und durch den Wettbewerb mit Neuware geprägt. Da der Preis für Neuware im Wesentlichen von den Rohölpreisen abhängt, verschlechtere sich bei fallenden Ölpreisen regelmäßig die Wettbewerbsposition von Rezyklaten. Zwar würde durch politische Vorgaben die Nachfrage gesteigert, der stehe jedoch nur ein begrenztes Angebot gegenüber. „Damit ist der ‚Business Case‘ für Kunststoffrecycling fragil: Margen bleiben aufgrund hoher Fixkosten, Preisdruck durch Neuware und Nachfragezyklen gering; Investitionsentscheidungen leiden unter Volatilität und politischer Unsicherheit.“ Als weiteres Problem nennt die Studie uneinheitliche Spezifikationen.

Hemmnisse

Als ein wesentliches Hemmnis bezeichnet die Studie unzureichende Kooperationen und einen mangelhaften Datenaustausch entlang der Wertschöpfungskette. Die fehlenden Informationen würden nicht nur die Sortierung, sondern auch die Verwertung und Qualitätssicherung von Rezyklaten erschweren. Auch die Qualität der Sammelmengen stelle ein Problem dar. „Die Verantwortung der Konsument*innen für korrekte Trennung und Rückgabe bleibt daher ein kritischer Erfolgsfaktor“, heißt es.

Die Studie betont, dass das mechanische Recycling bei aktuellen Preisen für Primärware nicht wettbewerbsfähig ist. Dies liege an den volatilen Ölpreisen und an externen Kosten, die im Primärpreis nicht vollständig abgebildet würden. Bedenken gebe es auch bezüglich einer verlässlichen Verfügbarkeit, Schwankungen in Materialeigenschaften und potenzieller Verunreinigungen. „Dies fördert Trägheitseffekte der Industrie und verzögert Substitutionen selbst bei vergleichbaren Kosten.“ Aber auch regulatorische Rahmenbedingungen könnten den Rezyklateinsatz behindern. Dies betreffe etwa Anforderungen an Produktsicherheit, Chemikalienregulierung und Konformität. Auch zum Teil fehlende Standards und Zertifizierungen seien pro­blematisch. „Insgesamt stammen die Hemmnisse im Kunststoffrecycling aus einem eng verknüpften Geflecht von Informations-, Markt-, Prozess- und Materialgrenzen“, heißt es in der Studie.

Abfallaufkommen

Für 2023 beziffert die Studie das Aufkommen an Kunststoffabfällen auf 5,91 Millionen Tonnen. 94 Prozent davon entfielen auf Post-Consumer-Abfälle. Von den Abfällen wurden 46,8 Prozent stofflich und 52,6 Prozent energetisch verwertet. 0,5 Prozent wurden beseitigt. Eine wesentliche Quelle für Kunststoffabfälle sind private Haushalte. Hier fielen allein 1,97 Millionen Verpackungsabfälle an. Hinzu kamen Kunststoffabfälle aus Elektroaltgeräten, Sperrmüll und sonstigen Gebrauchsgegenständen. In Gewerbe und Handel betrifft das Aufkommen an Kunststoffabfällen vor allem Transport- und Umverpackungen. 2023 betrug das Aufkommen an Verpackungsabfällen in diesem Bereich 1,11 Millionen Tonnen. Im Bausektor fallen Kunststoffabfälle in Form von Rohren, Dämmstoffen, Bodenbelägen oder Fensterelementen an. Das Aufkommen betrug 2023 0,75 Millionen Tonnen. Weitere 0,3 Millionen Tonnen entfielen auf die Landwirtschaft in Form von Agrarfolien, Netzen, Schnüren und Verpackungen.

Mit 55 Prozent entfallen mehr als die Hälfte der Post-Consumer-Abfälle auf Verpackungen. Dabei beträgt der Anteil der Verpackungen am Kunststoffverbrauch lediglich 26 Prozent. Mit 13,5 Prozent haben Kunststoffabfälle aus dem Bausektor den zweithöchsten Anteil. Etwa 6 Prozent entfallen auf Elektroaltgeräte. Mit 13,4 Prozent entfällt ein relativ großer Anteil auf die Kategorie Sonstige. Darunter fallen unter anderem Konsumgüter, Textilien, Möbel und technische Produkte.

Sekundärmarkt

Die Studie betont, dass aufgrund regulatorischer Vorgaben und Nachhaltigkeitszielen von Unternehmen die Nachfrage nach Post-Consumer-Rezyklaten zunimmt. Allerdings bleibe das Angebot für hochwertige Rezyklate knapp. 2022 wurden in Europa 32,3 Millionen Tonnen Kunststoffabfälle erfasst. Da­raus wurden 7,7 Millionen Tonnen Rezyklate gewonnen. 6,7 Millionen Tonnen wurden in Europa eingesetzt. Der Rest entfiel auf Exporte und Verluste. Knapp 80 Prozent der Rezyklate stammten dabei aus Verpackungen.

Insgesamt habe die Recyclingkapazität in Europa 2023 13,2 Millionen Tonnen betragen. Der wesentliche Teil davon entfällt auf das mechanische Recycling. Der Anteil des chemischen Recyclings lag bei lediglich etwa 150.000 Tonnen.

Marktanforderungen

Eine hohe Reinheit ist ein wesentliches Kriterium für den Einsatz von Rezyklaten. Verunreinigungen wirken sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitung aus. Für die Qualitätssicherung müssten systematisch relevante Materialdaten bereitgestellt werden.

Die Wirtschaftlichkeit des Recyclings hänge von Investitionskosten, laufenden Kosten, Inputqualität sowie Rezyklat- und Neuwarepreisen ab. Derzeit sei die Wettbewerbsfähigkeit von Sekundärrohstoffen strukturell gefährdet. Ohne unterstützende In­strumente würden die Marktanteile weiterhin niedrig bleiben.

Qualitätsanforderungen

Die stoffliche Reinheit bleibt eine der wesentlichen Anforderungen an die Aufbereitung. Allerdings bestehe ein Zielkonflikt zwischen hohen Reinheiten und den daraus resultierenden Mehrkosten. Auch Farbtreue und geringe Geruchsemissionen seien ein wichtiger Faktor. Die Stabilität der Verarbeitungseigenschaften, anwendungsspezifische Qualitätsklassen sowie Additivsicherheit seien weitere wichtige Faktoren.

Was die Prozesse angeht, sind digitale Rückverfolgbarkeit und Datentransparenz, eine Sortierlogik entlang der Endanwendung, eine technologische Modernisierung, Fehlwurfreduktion und eine saubere Sammlung sowie Lieferkettenstabilität wesentliche Aspekte. Aus regulatorischer Sicht nennt die Studie verlässliche Nachfrage- und Einsatzsignale, standardisierte Zertifizierungssysteme, eine Klärung des Endes der Abfalleigenschaft, eine Systemharmonisierung sowie marktstabilisierende Instrumente als wesentliche Faktoren.

Als wesentliche Risiken werden schwankende Inputqualitäten, fehlende Zielwerte und Standards, Investitions- und Vollzugsrisiken sowie Marktvolatilität und Versorgungssicherheit genannt. „Die Anforderungen an ein funktionierendes Kunststoffrecy­cling lassen sich nur durch koordinierte Maßnahmen in den Bereichen Qualitätssicherung, Prozessstabilität und regulatorische Klarheit erfüllen“, fasst die Studie zusammen.

Lösungsszenarien

Mit diesen Szenarien will die Studie die Grundlage schaffen, um Technologien und Umsetzungsmöglichkeiten zu bewerten. Dabei wurden die drei Cluster Eingang/Steuerung, selektive Technik und Output/Design entwickelt. Beim ersten Szenario geht es da­rum, die Erfassung und Vorkonditionierung so zu gestalten, dass Fehlwürfe, Restfüllmengen und eine unnötige Heterogenität reduziert werden. Im Szenario 2 geht es da­rum, qualitätskritische Materialien und Geometrien zu separieren und in eigene Pfade zu überführen. Und das dritte Szenario beschäftigt sich mit Möglichkeiten, einheitliche und gleichbleibende Qualitäten sicherzustellen.

Szenario 1

Dieses Szenario befasst sich mit den Prozessen vor der Sortierung. Im Produktdesign würden Design for Recycling und Standardisierung zu weniger Störstoffen im Input und zu einer leichteren Trennung führen. Eine deinkingfähige Bedruckung und abwaschbare Farben würden die Reinigung erleichtern. Eine modulare Gestaltung würde zudem die Entleerung oder Teilentnahme vor der Sortierung erleichtern.

Weiter wird eine Trennung der Materialien bereits bei der Sammlung empfohlen, um den Input homogener zu machen. Generell sei eine bessere Trennung erforderlich, um Fehlwürfe zu verringern. Pfandsysteme oder branchen- und herstellernahe Rücknahmen würden sauberere und definierte Rückläufe ermöglichen.

Bei der Sortiertechnik wird eine KI- oder Bilderkennung bereits bei der Annahme empfohlen. So finde bereits eine frühe Qualitätsprüfung statt. Zudem sollte eingangsnah eine negative Sortierung erfolgen, um Stör- und Gefahrstoffe früh zu erkennen.

Für das Recycling empfiehlt die Studie eine frühe Reinigung vor der Sortierung, um Kontaminationen frühzeitig zu reduzieren. Nach dem Waschen sollten mit Flakesortern die einzelnen Flakes detektiert und in saubere Teilströme sortiert werden. Dies führe zu gleichmäßigen und gut verwertbaren Fraktionen.

Szenario 2

Im Szenario 2 geht es um die eigentliche Sortierung. Dabei gelten für das Produktdesign die gleichen Maßnahmen wie im Szenario 1. Gleiches gilt für die Sammlung.

Bei der eigentlichen Sortierung werden neben den bereits genannten Themen eine Plausibilitätsprüfung per Bilderkennung, KI- und Objekterkennung und der Einsatz von Markern oder digitalen Wasserzeichen empfohlen.

Für das Recycling empfiehlt die Studie kombinierte mechanische und chemische Verfahren für Multilayer und inkompatible Polymere. Zudem sollte eine kaskadische Nutzung erfolgen, bei der der Hauptstrom sauber gehalten wird, während kritische Ströme selektiv in chemische oder energetische Pfade geleitet werden.

Szenario 3

Das Szenario 3 befasst sich mit dem Output. Die genannten Anforderungen an das Produktdesign gelten auch hier. Zudem sollten die Toleranzgrenzen für Rezyklate erweitert werden, um die Marktfähigkeit zu steigern.

Technologisch sollte mit einer Kombination aus Bilderkennung und KI eine zielgenaue Zuweisung zu Outputklassen erreicht werden. Bei unsicheren NIR-Si­gnalen sollte eine Plausibilitätsprüfung mit KI durchgeführt werden. Durch zusätzliche Aufreinigungsschritte könnten höhere Qualitäten erreicht werden.

Systemische Einbettung

Insgesamt sieht die Studie fünf wesentliche Wirkfelder: KI-gestützte Sortierung und Objekterkennung, Wasch- und Reinigungsverfahren, mechanisches Recy­cling mit Qualitätssicherung, chemisches Recycling als Ergänzung sowie die systemische Anpassung von Erfassung und Infrastruktur. Gerade eine systemische Einbettung von Technologien berge hohe Innovationspotenziale. Ein funktionierendes Kunststoffrecycling erfordere mehr als technologische Einzelinnovationen. „Wenn Materialflüsse über alle Stufen hinweg so abgestimmt werden, dass sie verlässlich, verlustarm und wiederverwertbar sind und Rezyklate zuverlässig in ihren Zielanwendungen eingesetzt werden können, wird der Übergang von einer linearen zu einer zirkulären Kunststoffwirtschaft möglich“, heißt es abschließend in der Studie.