Verwertung von Kunststoffabfällen

Grundidee und zentrale Begriffe

Kunststoffabfälle sind Kunststoffe, die keinen unmittelbaren Verwendungszweck mehr erfüllen. Meist können sie nicht durch biologische Abbauprozesse in natürliche Kreisläufe zurückkehren. Auch biologisch abbaubare Kunststoffe können toxisch wirken und Stoffwechselvorgänge lebender Organismen stören. Deshalb müssen Kunststoffabfälle beseitigt, verwertet oder recycelt werden. 2022 entstanden weltweit 267,7 Mio. t Plastikmüll: 103 Mio. t wurden deponiert, 90 Mio. t verbrannt und 30 Mio. t gelangten in die Umwelt.

Verwertung bedeutet, die stofflichen Eigenschaften oder den Energiegehalt eines Abfalls zu nutzen. Sie umfasst Recycling und energetische Verwertung. Recycling ist die Wiederaufarbeitung von Abfallmaterialien in einem Produktionsprozess für den ursprünglichen oder einen anderen Zweck; die direkte energetische Verwertung zählt nicht dazu.

Beim Werkstoff-Recycling werden gebrauchte Kunststoffe mechanisch zu wieder verarbeitungsfähigem Mahlgut oder Rezyklat aufbereitet. Ihre chemische Struktur bleibt erhalten. Dieses Verfahren eignet sich besonders für saubere, sortenrein erfasste Altteile. Rezyklat ist Kunststoff, der als Sekundärrohstoff erneut verwendet wird.

Beim Rohstoff-Recycling werden Polymerketten durch Wärme in petrochemische Grundstoffe wie Öle und Gase gespalten. Es eignet sich vor allem für vermischte oder verschmutzte Kunststofffraktionen. Energetische Verwertung ist die direkte Verbrennung brennbarer Abfälle zur Energieerzeugung, wobei Wärme zurückgewonnen wird. Welcher Weg möglich ist, hängt besonders von Reinheit, Verschmutzung, Zusammensetzung und Größe der Abfälle ab.

Aufkommen, Sammlung und Recyclingquoten

In den EU-25-Staaten sowie Norwegen und der Schweiz entstanden 2005 rund 22 Mio. t kunststoffreiche Verbrauchsabfälle. Fast 62 % beziehungsweise etwa 13,6 Mio. t waren Verpackungen. Bau-, Automobil- und Elektro-/Elektronikindustrie hatten Anteile von 7 %, 5 % und 4 %. Rund 46 % der Abfälle wurden verwertet, 1,6 % für eine spätere energetische Verwertung zwischengelagert und etwa 53 % beseitigt. Die Verwertung bestand aus ungefähr 27 % energetischer und 18 % stofflicher Verwertung; dabei entfielen 16,7 % auf werkstoffliche und 1,0 % auf rohstoffliche Verfahren. Die Länderwerte reichten von etwa 1 % in Griechenland bis zu mehr als 95 % in Dänemark und Schweden. 2024 entstanden in Europa 26 Mio. t Plastikabfall, während die Verwertungskapazität 2023 rund 13 Mio. t betragen hatte. In Recyclingfirmen arbeiteten 30.000 Menschen.

Deutschland erzeugte 2017 rund 6 Mio. t Plastikmüll, etwa zur Hälfte Verpackungen. Angaben zur Verwertung ergeben kein einheitliches Bild: Einerseits soll ungefähr die Hälfte recycelt worden sein. Eine andere Darstellung nennt 60,1 % energetische Verwertung, 13,3 % Export und 26,6 % Eingang in Recyclinganlagen. Davon wurden 9,6 % als zu verschmutzt oder unverwertbar aussortiert und verbrannt, sodass etwa 17 % tatsächlich zu Rezyklat wurden. Um 2018/19 waren das jährlich ungefähr 0,9 Mio. t. Rezyklate werden vor allem im Bau, für Verpackungen, in Landwirtschaft, Fahrzeugbau und Elektroindustrie eingesetzt. Für Lebensmittelverpackungen werden sie – außer recyceltem PET – kaum verwendet, weil sie die Bedingungen der Verordnung EG 282/2008 meist nicht erfüllen. 2019 wurden Abfälle aus Kunststofferzeugung zu 82 %, aus Kunststoffverarbeitung zu 94 %, aus gewerblichem Endverbrauch zu 47 % und aus privaten Haushalten zu 33 % stofflich verwertet. Laser- und Infrarottechnik kann Kunststoffe aus Hausmüll inzwischen nahezu sortenrein trennen.

Österreich recycelte 2023 insgesamt 27 % Kunststoff; die EU verlangte 22 %. Für 2025 lag die EU-Vorgabe bei 50 %. Plastikpfand und „Gelber Sack“ sollen die dafür nötige höhere Sammelquote ermöglichen.

In der Schweiz entstehen jährlich rund 790.000 t Plastikabfälle; 2022 gingen weniger als 10 % ins Recycling. Der 2021 gegründete Verein Recypac plant bis 2030 ein schweizweites Sammelsystem mit Recyclingzielen von 55 % der Kunststoffverpackungen und 70 % der Karton-Getränkeverpackungen. Eine 2025 vorgeschlagene Verordnung sah eine landesweite Separatsammlung verwertbarer Kunststoffverpackungen vor.

Europa exportierte jährlich etwa 2,5 Mio. t Kunststoffabfall nach China, bis China Anfang 2018 Importe mit mehr als 0,5 % Verschmutzung verbot. Danach gelangten mehr Abfälle nach Südostasien. Seit 2019 schickten unter anderem die Philippinen und Malaysia falsch deklarierten Sondermüll in die Herkunftsländer zurück.

Werkstoffliche Verarbeitung

Saubere, sortenreine Abfälle, meist industrielle Produktionsabfälle, werden gegebenenfalls mit Wasser gereinigt und mit üblichen Kunststoffverfahren verarbeitet. Bei der Extrusion schmelzen Ein- oder Doppelschneckenextruder den Kunststoff. Schmelzefilter zwischen Extruder und Werkzeug entfernen Verunreinigungen; vorgeschaltete Trenntechniken erhöhen die Sortenreinheit. Additive können Eigenschaften verbessern, während die Polymerentgasung Wasser und Abbauprodukte entfernt.

Beim Spritzgießen werden Kunststoffpartikel aufgeschmolzen, homogenisiert und durch eine Förderschnecke meist mit 500 bis 2000 bar in ein geschlossenes Werkzeug gepresst. Nach dem Abkühlen wird das Formteil entnommen. Produkte sind beispielsweise dünnwandige Paletten, Pflanztöpfe, Beetumrandungen und Autostoßfänger. Beim Spritzpressen kommt die plastifizierte Masse mit geringem Druck in eine offene Form. Nach dem Schließen presst das Werkzeug sie in die endgültige Gestalt. Das Verfahren eignet sich für einfache dickwandige Produkte wie Paletten.

Die Intrusion verbindet Extrusion und Spritzgießen: Plastifizierter Kunststoff wird in Stahlformen gefüllt und bis zur Erstarrung gekühlt. So entstehen unter anderem Platten, Bohlen, Bakenfüße und Pfosten. Dabei lassen sich auch vermischte und verschmutzte Kunststoffe aus Haushaltssammlungen einsetzen.

Beim Sinterpressverfahren werden gemischte und verunreinigte Abfälle in kassettenförmige Formen gefüllt. Diese durchlaufen im Schachtofen eine Vorwärm-, Schmelz- und Kühlzone, wobei der Pressdruck zunimmt. Das Ergebnis sind verzugsfrei gekühlte, großflächige Platten mit bis zu 60 mm Dicke.

Auch angepasste Extrusions-, Spritz-, Intrusions- und Sinterpressverfahren können gemischte Abfälle zu meist dickwandigen Produkten verarbeiten. Wegen der häufig geringeren Produktqualität wird dies als Downcycling bezeichnet. Bei der Solvolyse trennen Lösungsmittel Verunreinigungen und unterschiedliche Kunststoffsorten. Die langen Polymerketten und damit die Werkstoffeigenschaften bleiben erhalten.

Vorbehandlung und rohstoffliche Verfahren

Die Stoffstromvorbehandlung bereitet heterogene Abfälle für bestimmte Verwertungswege auf. Trockenverfahren kombinieren typischerweise Siebung, Vor- und Hauptzerkleinerung, Magnetabscheidung für Eisenmetalle, Wirbelstromabscheidung für Nichteisenmetalle und Sichtung. Es entstehen Metallgemische, heizwertreiche und mineralische Fraktionen. Nassverfahren verwenden unter anderem Magnetscheidung, Siebung und Schwimm-Sink-Trennung. Damit lassen sich Metalle, mineralische Stoffe und verschiedene organische Fraktionen abtrennen. Ob besondere Verfahren wie Entlackung oder die Trennung von Mehrschichtverbunden auch für gebrauchte, demontierte Bauteile wirtschaftlich sind, ist offen.

Rohstoffliche Verfahren zerlegen Polymerketten zu kleineren Molekülen:

• Bei der Vergasung werden Kohlenwasserstoffe mit zu wenig Sauerstoff für eine vollständige Verbrennung teilweise oxidiert. Es entstehen Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Je nach Verfahren werden bis zu 1.600 °C und 150 bar erreicht.

• Beim Cracking spalten Druck, Temperatur und gegebenenfalls Katalysatoren große organische Moleküle. Untersucht wird ein Kunststoffanteil von offenbar bis zu 20 %.

• Für die Depolymerisation zu synthetischem Rohöl wird Kunststoff auf über 400 °C erhitzt, mit heißem flüssigem Lösungsmittel geschmolzen und verdampft. Die langen Molekülketten werden aufgebrochen und zu kleineren Ketten zusammengeführt.

• Beim Plastic-to-Liquid-Verfahren werden sortenreine Abfälle durch Pyrolyse, also Erhitzen ohne Sauerstoff, zerlegt. Das Pyrolyseöl dient als synthetisches Rohöl.

• Bei der Hydrierung reagieren Stoffe mit Wasserstoff. Durch hydrierende Spaltung bei bis zu etwa 500 °C und bis zu etwa 300 bar entstehen aus organischen Stoffen, darunter gemischten Altkunststoffen, kürzere Kohlenwasserstoffe wie Benzin. Verarbeitet wurden auch verschmutzte Mischkunststoffe mit höchstens 10 Gew.-% PVC.

• Enzymatische Depolymerisation arbeitet bei maximal ungefähr 70 °C und erzeugt keine Gase. Spezielle Enzyme zerlegen etwa Polyethylenterephthalat (PET) in Monomere, die wiederverwendbar sein sollen.

Energetische Nutzung und weitere Anwendungen

Seit dem 1. Juni 2005 dürfen nicht recycelte Kunststofffraktionen in Deutschland aufgrund der Abfallablagerungsverordnung nicht mehr unbehandelt deponiert werden; zugelassen sind nur inerte Produkte mit einem Glühverlust unter 5 Gew.-%. Heizwertreiche Abfallströme können als Ersatz- oder Sekundärbrennstoff in Kraftwerken, Zementdrehrohröfen und Müllverbrennungsanlagen mit Energieauskopplung dienen. Anforderungen an Brennstoffqualität und Emissionen begrenzen den Einsatz. Weil die meisten Kunststoffe aus fossilen Rohstoffen bestehen, trägt das bei ihrer Verbrennung entstehende Kohlenstoffdioxid zur Klimakrise bei.

Kraftwerke können Altkunststoffe gemeinsam mit Regelbrennstoffen wie Kohle verbrennen. Die Rauchgasreinigung muss dabei die Anforderungen der deutschen 17. BImSchV erfüllen. Hausmüll enthält üblicherweise 7 bis 15 % Altkunststoffe. Technisch wäre in Müllverbrennungsanlagen ein höherer Anteil möglich, doch der hohe Heizwert senkt den Durchsatz. Bei Shredderleichtfraktionen können außerdem erhöhte Schwermetallgehalte in der Rostasche und weitere Betriebsprobleme auftreten. Ihr Anteil liegt deshalb nur bei etwa 5 %. In 28 deutschen Anlagen könnten ungefähr 135.000 t mitverbrannt werden.

Im Hochofen ersetzen Agglomerate aus Kunststoffabfällen teilweise Koks, Kohle oder Schweröl als Reduktionsmittel bei der Eisengewinnung. In Zementdrehrohröfen können Kunststoffe einen Teil des Brennstoffs bilden. Dort beträgt das Mengenverhältnis 90 % Rohmehl zu 10 % Brennstoff. Bei etwa 2.000 °C Gastemperatur und ungefähr 20 Minuten Verweilzeit müssen Klinkerqualität, Emissionsgrenzen und weitere Umweltanforderungen eingehalten werden.

Eine weitere Anwendung ist polymermodifiziertes Bitumen für Asphalt. Üblich sind 3 bis 5 % Polymere, die unter anderem Temperaturbeständigkeit und elastische Rückformung verbessern sollen. EcoFlakes sind 2 bis 3 mm große Granulate aus Recyclingkunststoffen. Bis 2025 wurden sie in mehr als 30 Projekten in fünf Ländern auf 100.000 m² eingesetzt; dabei wurden 320.000 kg CO₂ eingespart. Laut Artikel könnte der Einsatz die CO₂-Emissionen um bis zu 30 % und die Materialkosten um fünf Euro je Tonne Asphalt senken.

Ökologische und wirtschaftliche Bewertung

Ökobilanzen zeigen, dass es keinen für alle Kunststoffabfälle gleichermaßen besten Verwertungsweg gibt. Die ökologisch günstigste Lösung muss abhängig von Art, Reinheit und Zusammensetzung des jeweiligen Abfalls bestimmt werden. Werkstoffliche Verwertung besitzt gegenüber anderen Wegen nur dann in bestimmten Wirkungskategorien Vorteile, wenn sie neue Kunststoffe nahezu im Verhältnis 1:1 ersetzt. Die energetische Verwertung weist laut Artikel in allen betrachteten Faktoren außer der Energie eine negative Bilanz auf. Entscheidend ist grundsätzlich, Kunststoffabfälle zu verwerten und nicht zu deponieren.

Wirtschaftlich konkurriert Recycling mit der Herstellung neuer Kunststoffe. Bei niedrigen Erdölpreisen kann sich die stoffliche Wiederverwendung nicht lohnen. Die Nutzung von Abfällen als Sekundärrohstoff ist nur erfolgreich, wenn drei Bedingungen erfüllt sind: Die Erlöse müssen sämtliche Kosten der Verwertungskette decken; der Einsatz der Sekundärrohstoffe muss günstiger sein als der normaler Rohstoffe; und die Sekundärrohstoffe dürfen den Produktionsprozess nicht beeinträchtigen.