Die Tyrannei der Schmelze-Massefließrate (MFR)

Derzeit lag laut einem vom Europäischen Kunststoffpakt veröffentlichten Bericht der durchschnittliche Anteil recycelten Kunststoffs im Jahr 2021 noch immer bei nur 10 %. Bislang besteht keine gesetzliche Verpflichtung hinsichtlich einer verbindlichen Recyclingquote, und es ist offensichtlich, dass europäische Politiker nach Gründen und Möglichkeiten suchen, sich dieser zu entziehen. Es gibt Umwege, wie beispielsweise die Altfahrzeugverordnung, die ab 2025 verlangen wird, dass bei der Entwicklung neuer Autos zunächst 6 % und dann 25 % recycelter Kunststoff vorgesehen werden. In der Praxis wird sich dies erst auf Autos auswirken, deren Produktion in den Jahren 2030 - 31 beginnt. Es werden jedoch auch Rechtsvorschriften für das Bauwesen vorbereitet, deren Entwurf in Kürze veröffentlicht wird. Es gibt keinen Industriebereich, den die Verordnung nicht betreffen würde. Die meisten Kunststoffverarbeiter glauben, dass ihre Produkte nicht unter die Verordnung über den verpflichtenden Rezyklatanteil fallen werden, die ab 2025 schrittweise in Kraft tritt.  Sie glauben, dass sie ihren Produkten niemals Regranulate zusetzen müssen, um deren Qualität zu erhalten, sondern stattdessen lieber Gebühren und verschiedene Steuern zahlen werden.

Kunststoffrecycling ist nichts Neues, und viele Unternehmen in ganz Europa leben davon. Die bisherigen Erfahrungen zeigen, dass hochwertiges Rezyklat knapp ist und dass selbst hochwertiges Regranulat nur begrenzt einsetzbar ist. Bis 2020 wurden Regranulate vor allem zur Senkung der Materialkosten und zur Herstellung günstiger, technisch unvollkommener Produkte verwendet. Die Situation wird sich nun jedoch ändern, und ab 2030 wird der weitverbreitete Einsatz von Regranulaten üblich, aber auch verpflichtend sein. Allein in Ungarn sollten wir mit dem Einsatz von 100 bis 150 Tausend Tonnen hochwertigem Regranulat pro Jahr rechnen. Wird es so kommen?

Vor diesem Hintergrund wurde unter der Schirmherrschaft des Ungarischen Verbands der Kunststoffindustrie ein freiwilliges internationales Projekt gestartet, an dem ungarische, polnische, rumänische und weitere mitteleuropäische Unternehmen teilnahmen, um den Bedarf der Branche im Bereich der Regranulierung zu bewerten und zu definieren. Entwicklung von Normen für Regranulate. Anschließend sollen mithilfe von Recyclingunternehmen standardisierte ideale Abfallströme und ideale Abfallquellen definiert werden. Die Projektteilnehmer aus der heimischen Kunststoffindustrie erledigen diese Aufgabe in ihrer Freizeit. Es ist wichtig zu betonen, dass es hier weder um einen bestimmten Lieferanten noch um externe Finanzierung und damit auch nicht um äußere Einflussnahme oder Druck geht. Das Hauptziel ist das fachliche Gemeinwohl, d. h. die Schaffung eines breiten Konsenses in der Kunststoffindustrie über den Einsatz von Regranulaten und eine verbindliche Recyclingquote.

Der Gedanke hinter dem Projekt ist, dass Kunststoffverarbeiter ihren Kunden weiterhin Leistungen in derselben Qualität und Menge wie bisher bieten möchten. Grundsätzlich werden sie ihre Verarbeitungstechnologie nicht ändern - Folienhersteller werden weiterhin Folien herstellen, Rohrhersteller werden weiterhin Rohre herstellen, Flaschenhersteller werden weiterhin Flaschen herstellen usw.

Der große Vorteil von Kunststoffen im Hinblick auf das Recycling ist zugleich ihr Nachteil. Aus Kunststoffen lässt sich eine breite Palette von Produkten herstellen, wobei sich die Molekülketten relativ leicht modifizieren lassen. Zur Herstellung eines Kunststoffprodukts für einen bestimmten Zweck ist ein Polymer mit spezifischen technischen Parametern erforderlich. Einer der wichtigsten Parameter neben dem Polymertyp - bei dem es sich um PE, PP, PVC, PS, PET handeln kann, um nur einige zu nennen – ist die sogenannte Schmelze-Massefließrate (MFR). Was aber ist die Schmelze-Massefließrate (MFR)? Erlauben Sie mir, aus der Literatur zu zitieren:

"Die Schmelze-Massefließrate (MFR), allgemein als MFI/MFR bezeichnet (sie charakterisiert das Fließverhalten einer Kunststoffschmelze bei einer bestimmten Temperatur und Belastung), ist ein gängiger Anhaltspunkt beim Einsatz verschiedener Rohstoffe … Für den Hersteller ist der MFI-Wert ein Indikator dafür, dass das Produkt den erwarteten Wert der mittleren Molekülmasse erfüllt. Es ist hervorzuheben, dass das Polymer umso fester ist und umso bessere physikalisch-mechanische Eigenschaften aufweist, je höher die mittlere Molekülmasse ist, sodass davon ausgegangen werden kann, dass ein höherer MFI-Wert eine geringere Qualität des Endprodukts bedeutet." 

Das bedeutet, dass die Schmelze-Massefließrate (MFR) und das Endprodukt aus Kunststoff nicht unabhängig voneinander sind; die Schmelze-Massefließrate (MFR) bestimmt, was woraus hergestellt werden kann. Am Beispiel von Polypropylen (PP) wurden 77 verschiedene Produktgruppen nach Herstellungsverfahren/Anwendung und Fließratenbereich identifiziert. Diese wurden weiter nach Typen unterteilt. Daraus folgt, dass zur Beibehaltung der derzeitigen Struktur der Kunststoffprodukte aus Polypropylen (PP) infolge der Verordnung, die nach 2025 schrittweise eingeführt wird, 100 verschiedene Sorten von Regranulaten aus Polypropylen (PP) hergestellt werden müssen. Ich möchte lediglich anmerken, dass diese Zahl bei Polyethylen (PE) bereits nahe bei tausend liegt.

Die heute verfügbaren Recyclingverfahren basieren auf der Verwertung, Sortierung, Reinigung und dem mechanischen Recycling von Abfällen. Das Endergebnis, die Qualität des Regranulats, hängt von der Qualität, Reinheit und Homogenität der Abfälle ab. Je homogener, besser sortiert und sauberer die Abfälle sind, desto wahrscheinlicher ist es, dass das Endergebnis ein verwendbares Kunststoffregranulat mit geringen Abweichungen der physikalischen Parameter ist.

Daraus lässt sich leicht der Schluss ziehen, dass ein ausreichend durchdachtes System der getrennten Abfallbewirtschaftung, eine geeignete Logistik und ausreichend große Recyclingkapazitäten theoretisch den vielfältigen Anforderungen der Kunststoffindustrie gerecht werden können.

Theoretisch können wir dem zustimmen, doch ist anzumerken, dass beispielsweise eine Rolle einer der größten Polypropylenfolien bis zu 100 kg wiegen kann, während recyceltes Verpackungsmaterial von Bonbons oder Schokolade nur wenige Gramm wiegt. Dieses Beispiel berücksichtigt jedoch nicht die Tatsache, dass das fertige Kunststoffprodukt an einem anderen Ort hergestellt als verwendet wird. Ein gutes Beispiel ist BOPP-Folie, bei der weniger als 10 % der ungarischen BOPP-Produktion in der Region verwendet werden. Natürlich kann sich jeder, der genügend Fantasie und Zeit hat, ein System zur Sammlung, Verarbeitung und Logistik von Abfällen vorstellen, das diese Probleme löst und die Abfallströme in einer größeren geografischen Region, beispielsweise in Europa, optimiert und steuert.  Doch weder Vorstellungskraft noch Regulierung können die Gesetzmäßigkeiten der Veränderung der Schmelze-Massefließrate (MFR) beim Recycling überwinden.

Bei Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) kommt es bereits bei der ursprünglichen, sogenannten Erstverarbeitung von Polyethylen (PE) zu einem erheblichen Abbau der Makromoleküle des Polymers, und während des Recyclings sind die Polymerketten weiteren thermischen Schocks und Spaltungen ausgesetzt. Die Molekülmasse nimmt ab und die Schmelze-Massefließrate (MFR) steigt. In der Praxis bedeutet dies, dass aus einer Spaltfaser mit ursprünglich MFR 3 - 4,2 – üblicherweise dem Ausgangsmaterial für gewebte Säcke – eine Faser mit einer Schmelze-Massefließrate von überwiegend MFR 5 - 6 - 7 - 8 hergestellt werden kann, meist vom Spritzgießtyp Fröccs (IM). Sowohl die Schmelze-Massefließrate (MFR) als auch das Verarbeitungsverfahren werden gleichzeitig verändert. Mit jedem Recyclingzyklus steigt die Schmelze-Massefließrate (MFR) weiter an und der Anwendungsbereich wird enger, bis man nach einigen Zyklen ein unbrauchbares Regranulat erhält. Natürlich lassen sich der molekulare Abbau und der Anstieg der Schmelze-Massefließrate (MFR) durch den Einsatz von Additiven und eine schonende Verarbeitung verringern, doch eines steht bei den am häufigsten verwendeten Polyolefin-Kunststoffen fest: Durch mechanisches Recycling lässt sich kein Regranulat mit der gleichen Qualität wie die ursprünglichen Abfälle gewinnen. Es lässt sich ein Regranulat herstellen, für das eine geeignete Anwendung gefunden werden muss. Das Problem besteht darin, dass der Einsatz von Primärrohstoffen in Anwendungen mit niedrigerer Schmelze-Massefließrate höher ist als in solchen mit höherer. Bei Polypropylen (PP) stellen wir die meisten Fasern, Folien und Rohre unterhalb von MFR 4 her, was nahezu der Hälfte des inländischen Polypropylenverbrauchs entspricht. Dabei handelt es sich üblicherweise um kontinuierliche Verfahren, d. h., eine oder wenige Maschinen mit hoher Kapazität stellen das Produkt kontinuierlich her. Polypropylene mit höherer Schmelze-Massefließrate werden üblicherweise beim Spritzgießen eingesetzt, wo fertige Kunststoffprodukte im diskontinuierlichen Betrieb hergestellt werden und auch nach Stückzahl erfasst werden können.

Das Problem wird sein, dass wir keine Regranulate für Kunststoffprodukte mit niedriger Schmelze-Massefließrate gewinnen können. Gleichzeitig wird es bei Produkten mit hoher Schmelze-Massefließrate ein erhebliches Überangebot geben. Mit anderen Worten: Für Polypropylenfolien und Raffiafasern wird kein Regranulat zur Verfügung stehen, während es im Bereich der Spritzgießprodukte ein Überangebot geben wird. Das derzeit eingesetzte mechanische Recycling auf Basis der getrennten Sammlung kann nur für 25 - 30 % der Kunststoffprodukte auf Polyolefinbasis eine Lösung bieten. Wie geht es weiter? Ist das Jahr 2025 schon sehr nahe?

Eine der Lösungen ist die Herstellung von Compounds aus Primärabfällen, doch auch diese basiert auf mechanischem Recycling, das hochwertige Abfälle erfordert. Eine übermäßige Zugabe von Primärpolymer kann den Anstieg der Schmelze-Massefließrate (MFR) verringern oder sogar ausgleichen, sie kann jedoch den Abbau der Polymerketten und Moleküle des zugesetzten Regranulats nicht ausgleichen. Das bedeutet, dass durch die Zugabe verschiedener Additive ein primäres Recyclingcompound mit physikalischen Parametern wie „neu“ erzielt werden kann, allerdings nur durch den Einsatz erheblicher Mengen an Additiven. Ist der Einsatz von mehr Additiven das Ziel? Bisher „reine“ Polyethylen- und Polypropylenfolien mit noch mehr Verbindungen zu füllen?

Eine wichtige Rolle wird auch das chemische Recycling spielen, bei dem es sich bislang vor allem um die Pyrolyse handelt. Die Anlagen befinden sich jedoch noch immer lediglich in der Pilotphase. Das bedeutet, dass nur ein Bruchteil der erforderlichen Kapazität vorhanden ist, weniger als 1 %. Die Technologie ist noch nicht ausgereift, und den gesamten CO₂-Fußabdruck können wir bislang nur schätzen. In industriellen Mengen wird sie erst in der zweiten Hälfte des Jahres 2030 verfügbar sein. Allein in Europa müssten wir Kapazitäten im Millionen-Tonnen-Bereich aufbauen.

In den Jahren 2025 bis 2030 wird deutlich werden, dass unsere verbindlichen Recyclingziele illusorisch sind. Die Kunststoffindustrie wird nicht in der Lage sein, die Anforderung eines Recyclinganteils von 25 % ab dem Jahr 2031 zu erfüllen.

Wie geht es also weiter?

Versuchen wir also, ohne Kunststoffverpackungen zu leben? Machen wir das ganze Jahr über einen plastikfreien Monat? Ich bin sicher, dass vielen Menschen das  etwa eine Woche lang gefallen würde. Jeder sollte jedoch beachten, dass am Ende jeder Produktionslinie eine Verpackungsmaschine steht. Wenn die Verpackungsmaschine stillsteht, muss auch die Produktion stillstehen. Kunststoffe sind Teil der heutigen globalisierten Welt, ohne sie würden die heutigen industriellen und landwirtschaftlichen Strukturen nicht funktionieren, und die städtische Lebensweise wäre nicht länger aufrechtzuerhalten. Wir müssen weiterhin unter der Tyrannei der Schmelze-Massefließrate (MFR) leben. Sie zwingt uns, erreichbare und nachhaltige Ziele zu setzen. Wir müssen erreichen, dass die allgemeinen Gesetze der Physik und Chemie nicht den Entscheidungen der Gesetzgeber untergeordnet werden.

Über diese Problematik werden wir beim Central European Plastics Meeting im September 2023 in Budapest diskutieren. Hiermit laden wir alle Interessierten herzlich ein.