Development and evaluation of waste collection and sorting systems for biodegradable plastics

Kunststoff ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien in der Welt der Menschen, und im Jahr 2019 wurden weltweit etwa 353 Millionen Tonnen Kunststoffabfälle produziert. Allerdings wurden nur 9 % dieses erzeugten Abfalls recycelt. In Europa wurden von den insgesamt 25,2 Millionen Tonnen Kunststoffabfall, die im Jahr 2020 erzeugt werden, nur 14 % recycelt. Für die Zukunft werden daher zahlreiche Ziele gesetzt, um die Kreislauffähigkeit von Kunststoffen zu verbessern. Laut dem Bericht „Plastics Transition“ sollen bis 2050 65 % des Bedarfs an Kunststoffverpackungen durch zirkuläre Kunststoffe gedeckt werden (Plastics Europe, 2024). Ein Beispiel für diese Kreislaufkunststoffe sind biobasierte Kunststoffe, die bis 2050 18 % des gesamten Kunststoffbedarfs decken sollen. Mit anderen Worten: Biobasierte Kunststoffe, die zu den drei Arten von Biokunststoffen gehören, sollen dazu beitragen, die Kreislauffähigkeit von Kunststoffen zu erhöhen.
Biokunststoffe sind definiert als Kunststoffe, die entweder biobasiert, biologisch abbaubar oder beides sind. Sie machen 0,5 % der gesamten weltweiten Kunststoffproduktion aus, von denen etwa 52 % biologisch abbaubare Kunststoffe sind. Außerdem wird erwartet, dass ihr Anteil in Zukunft noch zunehmen wird. Biobasierte, nicht biologisch abbaubare Kunststoffe haben die gleichen Molekularstrukturen wie ihre Gegenstücke aus fossilen Brennstoffen; daher können ihre Abfälle im Rahmen des bestehenden Abfallmanagementsystems für Kunststoffe auf fossiler Basis wirksam behandelt werden. Die Herausforderung liegt jedoch in der Bewirtschaftung biologisch abbaubarer Kunststoffe (sowohl auf biologischer als auch auf fossiler Basis), da zusätzliche Investitionen erforderlich sind, um ihre Abfallbewirtschaftung zu erleichtern.
Bislang gibt es noch kein funktionierendes Abfallbewirtschaftungssystem für biologisch abbaubare Kunststoffe. Darüber hinaus werden in der vorhandenen Literatur zahlreiche Probleme im Zusammenhang mit der Abfallbewirtschaftung genannt, z. B. die Verunreinigung der Rezyklate aus fossilen Kunststoffen und die mangelnde Akzeptanz von Bioabfallbehandlungsanlagen. Damit ein Abfall recycelt werden kann, muss er zunächst gesammelt und ordnungsgemäß sortiert werden. Es gibt jedoch kaum wissenschaftliche Literatur, die sich mit der Sammelphase dieser Kunststoffe befasst. Auch wenn die Sortierbarkeit von Polymilchsäure im Nahinfrarotbereich bereits untersucht wurde, ist die Literatur zu den anderen kommerziell erhältlichen biologisch abbaubaren Kunststoffen spärlich.
Ziel dieser Dissertation war es, die produktorientierten Sammel- und Sortiersysteme für biologisch abbaubare Kunststoffe zu untersuchen.
Es wurde eine systematische Literaturrecherche durchgeführt, die einen ganzheitlichen Überblick über die Herausforderungen im Zusammenhang mit der Bewirtschaftung biologisch abbaubarer Kunststoffabfälle gab und auf die Diskrepanzen zwischen den Informationen über die beste Entsorgungsmethode für diese Kunststoffe in den Rechtsvorschriften und den Leitlinien für die getrennte Sammlung hinwies. Die vorhandenen qualitativen Studien und die Studie zur Abfallcharakterisierung (Kapitel 3.2) deuten außerdem darauf hin, dass die Verbraucher über die richtige Entsorgungsoption für biologisch abbaubare Kunststoffe verwirrt sind. Daher sind klare Anweisungen zur Trennung an der Quelle und Etiketten von entscheidender Bedeutung. Um die Sensibilisierung der Verbraucher zu unterstützen, wurden 24 Faktoren, die das Verhalten der Verbraucher in Bezug auf die Trennung an der Quelle beeinflussen, nach ihrer relativen Bedeutung für die drei Gruppen geordnet (Kapitel 4). Diese Ergebnisse wurden für biologisch abbaubare Kunststoffe interpretiert.
Die Sortierbarkeit der handelsüblichen biologisch abbaubaren Kunststoffe im nahen Infrarot (NIR) wurde erfolgreich getestet (Kapitel 5). Darüber hinaus wurde die Auswirkung von Oberflächenverunreinigungen auf ihre NIR-Spektren untersucht (Kapitel 6), wobei sich zeigte, dass die Verunreinigungen zu einer Überlagerung mit Absorptionsbanden einiger herkömmlicher Kunststoffen führen können; daher ist es wichtig, die NIR-Datenbank sowohl mit sauberen als auch mit verunreinigten Proben zu optimieren.
Schließlich wurde eine Ökobilanz durchgeführt, um die Umweltverträglichkeit der Sammlung biologisch abbaubarer Kunststoffe in einem der drei Abfallströme mit den jeweiligen Behandlungsmethoden zu bewerten (Kapitel 7). Die Ergebnisse zeigten, dass die Sammlung dieser Kunststoffe mit Verpackungen für die werkstoffliche Verwertung den größten Nutzen für die Umwelt bringt; um diese Ergebnisse zu erzielen, sollten jedoch bestimmte technische und rechtliche Voraussetzungen erfüllt sein.
Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurden bestimmte Empfehlungen zur Verbesserung der Sammlung und Sortierung dieser Kunststoffe gegeben, die ihre ordnungsgemäße Entsorgung und letztendlich ihr Recycling erleichtern werden.