Die physikalische Lösung für Kunststoffabfälle in einer zirkularen Welt

In den vergangenen Jahrzehnten wurden Kunststoffe überwiegend sortiert und anschließend thermomechanisch recycelt. Diese Prozesse standen unter erheblichem Kostendruck, da Rezyklate insbesondere aus Post-Consumer-Abfällen vorwiegend im Niedrigpreissegment eingesetzt wurden und entsprechend günstig verfügbar sein mussten. Qualität spielte dabei häufig eine untergeordnete Rolle.
Seit etwa 2015 hat sich die Wahrnehmung der Kunststoff-Kreislaufwirtschaft jedoch grundlegend gewandelt. Die verstärkt angestrebte Wiederverwendung von Kunststoffen – möglichst innerhalb derselben Branche – rückte die Qualität der Rezyklate in den Mittelpunkt des Interesses. Damit einher ging eine stärkere Verknüpfung von recyclinggerechtem Produktdesign und dem gezielten Einsatz rezyklatbasierter Materialien. Ziel ist es seither, Kunststoffe nicht nur theoretisch recycelbar zu gestalten, sondern auch Rezyklate zu erzeugen, die den Anforderungen hochwertiger Anwendungen gerecht werden.
Wesentliche Treiber dieser Entwicklung waren zum einen Non-Profit-Organisationen wie die Ellen MacArthur Foundation, die gemeinsam mit global agierenden strategischen Partnerunternehmen das Leitbild einer Circular Economy etablierten. Zum anderen setzte die europäische Gesetzgebung entscheidende Impulse. Aktuell prägen vor allem die Verordnung über Verpackungen und Verpackungsabfälle (PPWR, (EU) 2025/40) sowie die geplante Altfahrzeugverordnung (ELVR) die Diskussion.
Die Steuerungswirkung dieser EU-Regelwerke beruht u.a. auf zwei zentralen Elementen: Zum einen werden Mindest-Recyclingquoten vorgegeben, die Investitionen in Sammel , Sortier- und Recyclinginfrastrukturen auslösen werden. Zum anderen fordern sie verbindliche Mindestrezyklatanteile in Neuprodukten. Letztere verschieben den Fokus der Branchen deutlich: Es reicht nicht mehr aus, Produkte lediglich gut recycelbar zu machen. Vielmehr muss gezielt die Qualität der entstehenden Rezyklate adressiert und erhöht werden.
Dies erfordert einen engen Schulterschluss zwischen Produktentwicklern, kunststoffverarbeitenden Unternehmen und der Recyclingindustrie. Am Ende der Wertschöpfungskette müssen qualitativ hochwertige Rezyklate bereitstehen, die in neuen Produkten eingesetzt werden können, ohne Materialeigenschaften oder Verbrauchersicherheit zu beeinträchtigen. Gelingt dies, lassen sich der CO₂-Fußabdruck von Kunststoffprodukten signifikant reduzieren und gleichzeitig – bei Nutzung regional oder europäisch gewonnener Rezyklate – Abhängigkeiten von importierten Rohstoffen aus politisch oder wirtschaftlich instabilen Regionen verringern. Die resultierende höhere Versorgungssicherheit stärkt zudem die Resilienz der Unternehmen.

Neue Technologien für komplexe Abfälle und hochwertige Rezyklate

Der Fokus auf die Rezyklatqualität markiert einen echten Paradigmenwechsel und geht zwangsläufig mit einer Erweiterung der eingesetzten Recyclingtechnologien einher. Neben dem chemischen Recycling, etwa durch Depolymerisation, Pyrolyse oder Gasifizierung, gewinnt insbesondere das physikalische lösungsbasierte Recycling zunehmend an Bedeutung. Dieses Verfahren stellt einen attraktiven Mittelweg zwischen mechanischem und chemischem Recycling dar. Es bietet eine wettbewerbsfähige Kostenstruktur und weist im Vergleich zur Neuware aber auch zu chemischen Rezyklaten einen deutlich geringeren CO₂-Fußabdruck auf.
Ein besonderer Vorteil physikalischer Recyclingverfahren liegt in ihrer Fähigkeit, auch komplexe Abfallströme aufzubereiten. Dazu zählen vermischte Kunststoffabfälle, Kunststoffverbundmaterialien, Laminatstrukturen oder Komposite, die sowohl im mechanischen als auch im chemischen Recycling aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen erhebliche Herausforderungen darstellen.
Am Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV wird das physikalische lösungsbasierte Recycling bereits seit Ende der 1990er Jahre intensiv erforscht. In dieser Zeit wurden zahlreiche Abfallströme aus unterschiedlichen Branchen – darunter Verpackung, Elektro  und Elektronik, Automobil sowie Bau –untersucht und erfolgreich aufbereitet [1].

Hervorragendes Reinigungspotenzial physikalischer Recyclingprozesse

Ein zentrales Alleinstellungsmerkmal der am Fraunhofer IVV entwickelten physikalischen Recyclingverfahren ist ihr herausragendes Reinigungspotenzial. Dieses beruht auf einem mehrstufigen Reinigungskonzept. Zunächst erfolgt eine effektive Grobreinigung des gelösten Zielpolymers, bei der Fremdmaterialien sowie unlösliche Polymere abgetrennt werden. Anschließend werden Feinpartikel entfernt – je nach Aufgabenstellung bis in den unteren Mikrometerbereich.
Darüber hinaus ermöglichen extraktive Reinigungsansätze eine signifikante Reduktion mitgelöster Störstoffe. Dazu zählen beispielsweise Altadditive wie Phthalat-Weichmacher oder bestimmte bromierte Flammschutzmittel, die im ersten Produktleben des Kunststoffs zulässig waren, heute jedoch regulatorischen Beschränkungen unterliegen [2]. Für sensitive Verpackungen spielen in diesem Zusammenhang auch die sogenannten NIAS (not intentionally added substances) eine Rolle, die den Einsatz in diesen Produkten unter Umständen einschränken. 
Die Reinigungseffizienz von Recyclingverfahren wird mittels sogenannter Challengetests überprüft. Dabei werden Abfallströme gezielt mit Surrogatsubstanzen unterschiedlicher Polarität und Molekülgröße versetzt. Diese Substanzen werden sowohl im Inputmaterial als auch im resultierenden Rezyklat analytisch bestimmt und bilanziert.
Wie Abbildung 1 zeigt, erreichen mechanische Recyclingverfahren für PET und PE bereits gute Reinigungseffizienzen von 80 bis 99 %. Dabei wurde ein PET Verfahren berücksichtigt, das über eine kontinuierliche Kristallisierung bei hoher Temperatur unter Vakuum dekontaminiert, PE über Heißwäsche, Regranulierung und Deodorisierung verarbeitet. Diffusionsoffene Materialien wie Polyethylen sowie großmolekulare Störstoffe weisen geringere Reinigungseffizienzen auf, denn diese mechanischen Verfahren reinigen flüchtige Bestandteile besser als schwerflüchtige, großmolekulare Verbindungen. 
Im Gegensatz dazu zeigen extraktive Reinigungsverfahren im physikalischen Recycling auch für diffusionsoffene Polyolefine wie PE und PP sehr hohe Reinigungseffizienzen. Diese erstrecken sich zudem über ein breites Molekülgrößenspektrum bis zu 823 Dalton und ermöglichen damit Rezyklate auf einem qualitativ deutlich höheren Niveau.

Vielversprechender Ansatz zur Schließung der Rezyklatlücke

Physikalische Recyclingverfahren können somit einen wichtigen Beitrag zur Schließung der für 2030 prognostizierten Versorgungslücke mit Kunststoffrezyklaten in Deutschland leisten. In einer Studie im Auftrag des Bundesverbands Kunststoffrohrindustrie (BKV) wurde diese Lücke selbst im günstigen Szenario auf rund 800 kt pro Jahr beziffert [3].
Dabei entfalten physikalische Verfahren ihre Wirkung auf zwei Ebenen: Einerseits erschließen sie neue Rezyklatpotenziale aus bislang nicht nutzbaren Kunststoffgemischen und Verbundmaterialien. Andererseits ermöglichen sie eine Qualitätssteigerung der Rezyklate, sodass diese nicht mehr ausschließlich im Downcycling eingesetzt werden können, sondern auch in hochwertigen Anwendungen wie Verpackungen oder Automobilbauteilen. Gerade in diesen Bereichen ist ab 2030 infolge der PPWR und der ELVR mit erheblichen Rezyklatbedarfen zu rechnen. 
Um dieses Potenzial vollständig zu heben, bedarf es belastbarer Netzwerke zwischen Abfallwirtschaft, Recyclingunternehmen und der kunststoffverarbeitenden Industrie. Gemeinsam müssen geeignete Stoffströme identifiziert und gelenkt, Anlagenkapazitäten aufgebaut und betrieben sowie verantwortungsvolle Kreislaufprozesse etabliert werden – in enger und zielgerichteter Abstimmung mit mechanischen und chemischen Recyclingverfahren.
Unterstützend wirken hierbei auch Normungsaktivitäten, wie die aktuell in Überarbeitung befindliche ISO 15270, die Richtlinie für die Verwertung von Kunststoffabfällen.