Die PET-Offensive
18 Oct 2021
PET-Kunststoffe werden heute als Problem für die Umwelt gesehen – und könnten doch die Lösung von morgen sein.
Wie verpackt man Lebensmittel und Getränke für eine wachsende Weltbevölkerung angesichts der zunehmenden Erderwärmung? Normalerweise mit Kunststoff. Und das aus gutem Grund. Obwohl Kunststoffe derzeit im Fokus der Kritik stehen, schneiden sie interessanterweise in einigen globalen Nachhaltigkeitskriterien vergleichsweise gut ab – in puncto Lebensmittelsicherheit ebenso wie beim CO2-Ausstoß und der Ressourcenschonung.
Getränkeflaschen aus PET-Kunststoff sind ein gutes Beispiel. Berichte über Plastikmüll in den Weltmeeren und die Gefahren für Mensch und Tier durch Mikroplastik sind ein Dauerthema, das Kunststoffverpackungen aller Art in ein schlechtes Licht gerückt hat. Natürlich ist es ein Problem, Plastikabfall achtlos zu entsorgen. Experten sind sich einig, dass weltweit verbindliche Richtlinien und Systeme zur Förderung der Kunststoffverwertung überfällig sind. Für PET (Polyethylenterephthalat), auch bekannt als Polyester, scheint eine differenziertere Betrachtung durchaus angebracht. So unbestritten es Teil des heutigen Problems ist, so sehr könnte PET auch ein wichtiger Teil der Lösung von morgen sein.
Ein verkanntes Genie?
Italienische Wissenschaftler haben 2020 in einer Lebenszyklusanalyse den ökologischen Fußabdruck von PET-Flaschen im Vergleich zu Glasflaschen untersucht. Ihren Ergebnissen zufolge, die im International Journal of Life Cycle Assessment veröffentlicht wurden, ist recyceltes PET (rPET) die umweltfreundlichste Wahl im Kampf gegen globale Erwärmung, das Ozonloch, die terrestrische Versauerung, die Verknappung fossiler Ressourcen, gegen Wasserknappheit und Humantoxizität. PET-Flaschen kamen an zweiter Stelle, gefolgt von Mehrweg-Glasflaschen und schließlich Einweg-Glasflaschen.1 Tatsächlich ergab eine weitere Lebenszyklusanalyse aus dem Jahr 2021, diesmal im Auftrag der International Bottled Water Association (IBWA), ein ähnlichen Bild: PET-Wasserflaschen sind die mit Abstand nachhaltigste Option und lassen Getränkedosen, Getränkekartons und Glasflaschen hinsichtlich Gewicht, Treibhausgasemissionen, fossilem Energieverbrauch und Wasserverbrauch weit hinter sich2.
Ist PET also gut für uns? Die IBWA-Studie zeigt allerdings auch, dass schwerere PET-Flaschen mit Sleeve-Etikettierung, wie sie für empfindliche Getränke üblich sind, beim fossilen Energieverbrauch und bei den Treibhausgasemissionen einen deutlich größeren Fußabdruck hinterlassen als Karton. Das liegt hauptsächlich an ihrer gegenüber Kartonverpackungen höheren Energieintensität während der Produktion. Aber auch in diesem Punkt sind die Aussichten für PET gut. Schon heute ermöglichen neue Technologien in der Flaschenproduktion und -sterilisation deutlich leichtere PET-Flaschen für empfindliche Getränke – und somit auch eine deutliche Verbesserung ihrer Ökobilanz. Überdies ist das Recycling von Kartonverpackungen, die häufig als „grünere“ Alternative zu Kunststoff bezeichnet werden, deutlich schwieriger. Dies liegt vor allem daran, dass sie aus mehreren Schichten und Materialien – darunter Aluminium und Kunststoff – bestehen. Zudem wirft die Entsorgung der Kartons immer wieder Fragen auf. Gehören sie in die Papiertonne oder in die Tonne für Verpackungsabfälle? Bietet meine Gemeinde das Recycling von Getränkekartons überhaupt an? Fakt ist, dass es weltweit weniger Recyclingsysteme für Verbundkartons als für PET-Kunststoff gibt. Längst nicht alle Kartonverpackungen werden auch tatsächlich wiederverwertet.
Um mehr über den Umwelteinfluss von Getränkeverpackungen zu erfahren, haben wir das GEA Kompetenzzentrum für Blowing, Filling & Packaging (Blasformung, Abfüllung und Verpackung) im italienischen Sala Baganza besucht. Dort beschäftigen sich GEA Fachleute mit der aseptischen Abfüllung von milchbasierten und anderen empfindlichen Getränken, wie beispielsweise Säften und Smoothies. Je nach Kundenanforderungen übernimmt GEA das aseptische Abfüllen und Verschließen, das Dekontaminieren der Rohlinge (Preforms) und Flaschen sowie die Blasfüllung für alle PET-Formlinge. Genauso werden auch PET/HDPE-Flaschen und -Verschlüsse für Getränke mit besonders geringem und besonders hohem Säuregehalt dekontaminiert und abgefüllt. Als erstes weltweit nutzt das Unternehmen unter anderem eine rotierende, aseptische Blasformmaschine, um PET-Flaschen leichter und umweltfreundlicher zu machen. Seit nun schon über 30 Jahren setzt GEA bei der Entwicklung von Abfüllanlagen auf größtmögliche Sicherheit, Effizienz und Nachhaltigkeit. Und dabei ist Kunststoff für uns ganz klar die erste Wahl.
Schutz wertvoller Ressourcen
Dr. Barbara Bricoli ist Innovation Manager bei GEA. Als Spezialistin für Forschung und Entwicklung sorgt sie dafür, dass die Abfüllsysteme von GEA in puncto Leistung – und Nachhaltigkeit – den Markt prägen. Sie lotet auch die Grenzen von recyceltem PET und anderen nachhaltigeren Alternativen wie zum Beispiel biobasiertem PET zu PET-Neuware (vPET = virgin PET) aus. Ihr Ziel: ein Getränk so sicher, frisch, nährstoffreich und haltbar zu verpacken wie möglich, in Flaschen mit der geringsten Belastung für die Umwelt. „Die Verbraucher lassen häufig den wichtigsten Aspekt der Verpackung außer Acht: den Inhalt“, so Bricoli. „Wir sind auf milchbasierte und andere empfindliche Getränke spezialisiert. Die weltweit steigende Nachfrage nach nahrhaften Lebensmitteln und Getränken zeigt, wie wertvoll die Ressourcen und damit der Inhalt sind. PET ist am besten geeignet, um ihre Sicherheit und Nährstoffqualität zu gewährleisten und gleichzeitig die Verschwendung von Lebensmitteln zu begrenzen. Denn hier sehe ich ein echtes Umweltproblem.“
PET ist am besten geeignet, um ihre Sicherheit und Nährstoffqualität zu gewährleisten und gleichzeitig die Verschwendung von Lebensmitteln zu begrenzen. Denn hier sehe ich ein echtes Umweltproblem.“ – Dr. Barbara Bricoli, Innovation Manager, Liquid and Filling Technologies bei GEA
– Dr. Barbara Bricoli, Innovation Manager, Liquid and Filling Technologies bei GEA
Und in der Tat: Lebensmittelabfälle sind eine große Belastung für die Umwelt. Die Studie „Food wastage footprint“ der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen kommt zu dem Ergebnis, dass weggeworfene Lebensmittel jedes Jahr zu einem CO2-Äquivalent von 3,3 Gigatonnen führen. Wäre Lebensmittelverschwendung ein Land, käme es bei den Emissionen nach den USA und China schon an dritter Stelle.3 Nicht verzehrte Lebensmittel kämen der Verschwendung riesiger Mengen Ackerlands (fast 30 % der landwirtschaftlich genutzten Fläche weltweit) gleich und würden einen immensen Verbrauch unserer Frischwasserressourcen und eine große Bedrohung der Biodiversität mit sich bringen, so heißt es.
Lebensmittelabfälle zu reduzieren, ist somit ein wichtiger Ansatzpunkt, um aktuelle Umweltprobleme zu bewältigen. Bei empfindlichen Getränken beginnt die Abfallreduzierung bereits im ersten wichtigen Schritt des Abfüllprozesses: der aseptischen Abfüllung. „Dekontamination ist ein weiterer Aspekt bei der Verpackung, der vielfach übersehen wird. Aber für uns steht das an erster Stelle, weil es entscheidend ist für die Lebensmittelsicherheit, die Verlängerung der Haltbarkeit und die Reduzierung von Lebensmittelabfällen. Und hier bietet PET zusätzliche Vorteile“, erklärt die promovierte Chemikerin Bricoli. „PET kann in praktisch jede Form gebracht werden. Das machen wir uns zunutze, indem wir leichte Preforms verwenden und diese vor der Blasformung dekontaminieren. So vermeiden wir eine Schrumpfung während der Sterilisation und können folglich leichtere Flaschen mit weniger Kunststoffanteil verwenden. Außerdem benötigen wir so deutlich weniger Wasser und Chemikalien für den Sterilisationsprozess.“ Ein weiterer ökologischer Vorteil.
Für das Recycling prädestiniert
PET ist weder biologisch noch chemisch abbaubar. Seine lange Haltbarkeit wird daher zum Problem, sobald es in unseren Weltmeeren, Flüssen und Abfalldeponien landet. Aber genau diese Eigenschaft erweist sich in anderer Hinsicht als der womöglich faszinierendste ökologische Vorteil: PET ist beliebig oft recycelbar und eignet sich auch zum Upcycling. Altes PET bzw. Polyester kann nicht nur für die Produktion neuer Flaschen und Behälter in Lebensmittelqualität verwendet werden, sondern auch zur Herstellung diverser anderer Artikel – von Teppichen über Kleidung und Autozubehör bis hin zu Baumaterialien. Neue Formen, neue Funktionen: Gereinigtes, zerkleinertes und geschmolzenes rPET ist von PET-Neuware nicht zu unterscheiden. Im Mai 2021 öffnete das Plastikmuseum in Madrid seine Pforten, um die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und überraschenden Vorteile von Kunststoff zu demonstrieren. Zehn Tage später, am Welt-Recycling-Tag, wurde das gesamte Museum – das Gebäude sowie sämtliche Exponate – vollständig recycelt. Das war nicht einfach eine nette Idee: Längst sind die Hersteller dazu übergegangen, recyceltes PET als wertvolles, ressourcenschonendes Material zu nutzen. Und angesichts des wachsenden Umweltbewusstseins in der Bevölkerung beschränken sich Unternehmen nicht darauf, Gutes zu tun – sie sprechen auch darüber. So bewirbt beispielsweise Grundig den Einsatz von rPET in den Trommeln für Waschmaschinen und Wäschetrockner.
GEA nutzt recyceltes PET hauptsächlich für die Produktion von Flaschen in Lebensmittelqualität. „Recyceltes PET ist derzeit der wohl wichtigste Trend in der Abfüllung. Neue gesetzliche Vorgaben schreiben sogar einen Mindestanteil von rPET vor“, erklärt Bricoli. Die EU-Richtlinie über Einwegkunststoffe etwa sieht einen Anteil von 25 Prozent recyceltem Kunststoff in PET-Flaschen ab 2025 und von 30 Prozent in allen Kunststoffflaschen ab 2030 vor4. Die für GEA bedeutendste Frage ist, ob rPET bedenkenlos für eine sichere, effiziente Getränkeabfüllung verwendet werden kann. Dr. Bricoli und ihr Forschungsteam machten einen Vergleichstest mit Flaschen aus PET-Neuware, aus 50 Prozent recyceltem PET und aus 100 Prozent recyceltem PET. Dabei kamen zwei unterschiedliche aseptische Verfahren zum Einsatz: die Trockensterilisation durch Wasserstoffperoxid (für Preforms) und die PAA-Nasssterilisation (für Flaschen). „Wir fanden heraus, dass der rPET-Anteil in Preforms oder Flaschen keinerlei Auswirkungen auf den Sterilisationsprozess hinsichtlich der mikrobiologischen Wirksamkeit und der chemischen Rückstände in der Verpackung hatte“, berichtet Bricoli. „Auch für den Dekontaminierungsprozess konnten wir eindeutig nachweisen, dass rPET sich genauso verhält wie PET-Neuware.“ Die Anlagen von GEA sind schon heute in der Lage, 100 Prozent recyceltes PET zu verarbeiten. „Der einzige kleine Nachteil bei 100 Prozent recyceltem PET ist die leicht gelbliche Färbung“, so Bricoli. „Aber das lässt sich durch Farbzusätze korrigieren. Die PET-Milchflasche Blu des italienischen Nahrungsmittelkonzerns Parmalat ist ein gutes Beispiel.“
Biobasiertes PET: Kunststoff der nächsten Generation?
Die ökologischen Vorteile von recyceltem PET liegen auf der Hand. Je mehr PET recycelt wird, desto weniger Abfall gelangt in die Umwelt und desto weniger Rohöl wird für die Herstellung von Neugranulat benötigt. Außerdem wird beim Kunststoffrecycling deutlich weniger Energie verbraucht als bei der Herstellung von neuem Kunststoff aus Rohmaterialien.5
Den gesamten PET-Bedarf jedoch kann rPET nicht decken. Deshalb untersuchen Forscher die Eigenschaften von PET, das aus Pflanzen wie Zuckerrohr und Mais oder aus zellulosehaltigen Rohstoffen wie Maisstroh gewonnen wird. Als Alternative zum herkömmlichen, fossilen PET könnte Bio-PET den ökologischen Fußabdruck des Polymers weiter verringern. „Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Herstellung von PET aus Biomasse. Wir stehen noch am Anfang der Entwicklung, doch die Forschungsergebnisse zeigen bereits, dass Treibhausgasemissionen im Lebenszyklus von zu 100 Prozent biologisch hergestellter PET-Neuware vPET deutlich geringer sein können als bei fossilem vPET oder fossilem rPET“, so Bricoli. „Ein Nachteil bei der Herstellung von Bio-PET könnte der insgesamt höhere Wasserverbrauch sein – schließlich kommen landwirtschaftliche Rohstoffe und manchmal auch Fermentationsprozesse zum Einsatz. Ich gehe aber davon aus, dass die Verfahren optimiert werden, je mehr man sich dieses Themas annimmt und je mehr Mittel zur Verfügung stehen.“ Biobasiertes PET ist vor allem kurzfristig eine vielversprechende Alternative. Im Gegensatz zu anderen Biokunststoffen ist seine chemische Struktur identisch mit der von konventionellem PET, so dass es einfach in die bestehende Infrastruktur integriert werden kann. „Unsere Abfüllanlagen könnten schon heute Bio-PET verarbeiten“, bestätigt Bricoli. Allerdings wäre der Markt bisher noch zurückhaltend – wohl auch deshalb, weil Bio-PET noch nicht in ausreichenden Mengen zu einem angemessenen Preis verfügbar ist. Wie bei den alternativen Brennstoffen sind die fossilen Varianten nach wie vor kostengünstiger.
Zeit zum Umdenken
Mit seinen Einsatz-, Wiederverwertungs- und Upcycling-Möglichkeiten und aufgrund seiner Herstellbarkeit aus unterschiedlichen Rohstoffen scheint PET – und ganz besonders biobasiertes PET – wie geschaffen für die Kreislaufwirtschaft der Zukunft. So schließt denn auch die 2018 auf ScienceDirect veröffentlichte und auf der 2018 CIRP Conference on Life Cycle Engineering in Kopenhagen vorgestellte wissenschaftliche Studie „Bio-based Plastics – A Building Block for the Circular Economy?” mit einem hoffnungsvollen Ausblick: „Biokunststoff könnte ein geeigneter Baustein der Kreislaufwirtschaft sein, wenn es gelingt, einen wirklich geschlossenen Kreislauf zu entwickeln.“
Auch wenn sich angesichts der aktuell vorherrschenden Kritik an Plastik manch einer verwundert die Augen reiben dürfte: Das alles ist wissenschaftlich belegt – und auch die Technologie steht schon zur Verfügung. „Unsere Anlagen können sowohl Flaschen aus 100 Prozent recyceltem PET als auch vollkommen biobasierte PET-Flaschen verarbeiten“, erklärt Bricoli. „Das derzeit größte Hindernis ist weder die technische Umsetzung noch ein Mangel an Lösungen, sondern das Verhalten der Konsumenten.“
PET ist nur dann ein Problem, wenn man es als billigen Wegwerfartikel betrachtet und nicht als die wertvolle Ressource, die es ohne Zweifel ist.“– Dr. Barbara Bricoli, Innovation Manager, Liquid and Filling Technologies bei GEA
– Dr. Barbara Bricoli, Innovation Manager, Liquid and Filling Technologies bei GEA
Quellen
1. “Plastic or glass: a new environmental assessment with a marine litter indicator for the comparison of pasteurized milk bottles", Stefanini, Borghesi, Ronzano & Vignali, International Journal of Life Cycle Assessment, July 2020.
2. https://bottledwater.org/environmental-footprint/
3. http://www.fao.org/3/i3347e/i3347e.pdf
5. https://www.recycling-magazine.com/2020/06/08/pet-recycling-towards-a-circular-economy/
