Deinking og delaminering er centrale drivkræfter for genanvendelse af flerlagsplastemballage
Historisk set har diskussionerne på IAPRI-konferencer og -symposier primært fokuseret på emner som emballagedesign, mekanisk og kemisk stabilitet, barriereegenskaber, forbrugerinteraktion og andre fælles emner inden for emballageteknologi og -videnskab. IAPRI-konferencen i Valencia i 2024 viste den stigende betydning af genanvendelse af plastemballage og ydeevnen af genanvendte materialer i betonapplikationer i løbet af de seneste år. Mens emballagegenanvendelse tidligere var en mindre del af IAPRI-arrangementer, var over 10% af alle bidrag til IAPRI 2024 nu dedikeret til dette vigtige område.
Denne øgede interesse er blevet drevet af de seneste fremskridt inden for emballageregulativer. Især nåede EU-Parlamentet og Rådet den 4. marts 2024 til en foreløbig aftale om den nye regulering PPWR2022 vedrørende emballage og emballageaffald. Denne regulering kræver, at al emballage skal være genanvendelig inden 2030. Dog specificerer EU-Kommissionens forordning 2022/1616, at mekanisk postforbrugergenanvendt polyetylentereftalat (rPET) i øjeblikket er den eneste materialemulighed til produktion af emballage til fødevarekontakt af genanvendte materialer.
Emballagefagfolk er generelt enige om, at opnåelse af den mest optimale brug af materialer til emballage i den cirkulære økonomi ideelt set indebærer brugen af monomaterialer såsom PET og rPET. PET er en af de få “konventionelle” plasttyper, der i øjeblikket genanvendes i stor skala. På trods af fordelene er der betydelige tekniske udfordringer.
Overgangen til PET
For det første kan overgangen til PET for al fødevareemballage inden 2030 resultere i alvorlige mangel-situationer af rPET, der overstiger produktionskapaciteterne ifølge estimater fra McKinsey & Company. For det andet kan størstedelen af emballage ikke implementeres kun i monomaterialer som PET på grund af de forskellige egenskaber, der kræves af en emballage. Emballage består normalt af multilagsmaterialer i laminatform, som kombinerer materialer på forskellige måder for at imødekomme disse krav.
For det tredje er forbrugerinformation og attraktive dekorationer afgørende for at informere forbrugere og sælge produkter, hvilket fører til brugen af kemisk stabile blæk i postforbrugergenanvendte emballagematerialer. Derfor, for at overholde de nye regulativer, kræver genanvendelse af plastemballage deinking- og delamineringsprocesser.
Deinking
Vigtigheden af deinking af plastemballage og de dertil knyttede problemer blev grundigt behandlet af Andrey Charkovskiy fra Siegwerk Druckfarben AG & Co. KGaA (Tyskland) i hans præsentation “Introducing Deinking of Plastic Packaging: Understanding the Roles of print structure, Deinking chemistry and process”. Andrey understregede især, at den mest betydningsfulde faktor, der bestemmer den brede accept af genanvendte plastmaterialer, er deres tekniske ydeevne. En hindring, der ofte opstår i denne proces, er tilstedeværelsen af forskellige funktionelle materialer, især tryklag, hvilket har vist sig at være ret udfordrende. Specifikt kan inkluderingen af trykfarver i genanvendelsesprocessen føre til problemer som ubehagelige lugte, dannelse af geler og misfarvning af de genanvendte plastmaterialer på grund af de tilstedeværende pigmenter. For at tackle dette kan fjernelsen af blæk og belægningslag gennem deinking af postforbrugerplastaffald før yderligere genanvendelse tilbyde en lovende løsning. Ligesom med enhver ny teknologi er en omfattende forståelse og optimering af forskellige faktorer essentiel. Andreys undersøgelse dykkede ned i de sammenkoblede elementer i deinkingsprocessen, den kemiske sammensætning involveret og strukturen af det trykte materiale, som alle spiller en rolle i at forbedre deinkingseffektiviteten og dermed gennemførligheden af implementering i stor skala. Den fokuserer især på faktorer som reaktionsbetingelser, den komplekse natur af trykfarvesystemer og kemi af overfladeaktive stoffer. I sin forskning sigter Andrey mod at give industrien værdifulde indsigter og data, der opmuntrer til tillid til at investere i udviklingen af emballage, der er let deinkingsbar, og til integration af deinkingsprocedurer i genanvendelsesprocessen. Samtidig stræber han efter at etablere et fundament for etablering af nationale standarder, der er nødvendige for at støtte disse initiativer gennem regulativer.
Udvikling af plasma-deinkingproces
Forfatteren af denne artikel vil med hensyn til deinking af plastemballage gerne henvise til udviklingen af en plasma-deinkingproces, der blev udviklet hos Teknologisk Institut, Plast og Emballage for tre år siden i vores projekt “Forbedret genanvendelse af komplekst plastaffald ved brug af selektiv lavtemperatur-plasmateknologi” (2018-2021), støttet af Miljøteknologisk Udviklings- og Demonstrationsprogram (MUDP). Vi beviste, at plasmabehandling nedbryder og ætser blæk i emballager. For eksempel ætser plasmabehandling af mælkekartoner farveprints og efterlader kun den affarvede emballagemateriale. I figur 1 (a) kan man se en mælkekarton, og i (b) et stykke af den samme mælkekarton, der har været plasma-ætset i et par minutter i Plast og Emballages plasmabearbejdningsanlæg.
Figur 1: Mælkekarton før (a) og efter (b) plasmabearbejdning
Delaminering
Hvad angår delaminering er fysiske genanvendelsesmetoder baseret på forskellige opløsningsmidler, herunder superkritisk kuldioxid (scCO2), for nylig blevet foreslået både hos ITENE Packaging Research Center (Spanien) og Teknologisk Institut, Plast og Emballage. Især fortalte Francisco Sanchez, en forsker fra ITENE, på konferencen om status for EU Horizon-projektet MERLIN (https://merlinproject.eu/), hvor partnere udvikler innovative tilgange til genanvendelse af flerlagsemballage i EU. I sin præsentation fik Francisco publikums opmærksomhed rettet mod det faktum, at 32,3 millioner tons postforbrugerplastaffald blev indsamlet i EU i 2022. Imidlertid blev kun 37,8% af denne mængde genanvendt, mens 44,9% blev forbrændt, og 17,3% blev deponeret. Denne situation er stadig langt fra målene fastsat af PPWR2022 og skyldes i høj grad omstændigheden, at flerlagsemballage udgør en udfordring i sorteringsanlæg, da nuværende teknologier kun kan identificere overfladelaget. Flerlagsemballage, der består af uforenelige polymerlag, der er bundet med højstyrkeklæbemiddel, ender ofte på lossepladsen eller forbrændingsanlægget på grund af kompleksiteten og ineffektiviteten af separationsmetoderne. For at imødegå dette fokuserer projekt MERLIN, som koordineres af ITENE, på at identificere og genanvende flerlagsemballage, der er både stive (bakker, kopper osv.), ikke-metalliserede fleksible og metalliserede fleksible emballager. Udfordringen ligger tydeligvis i at forbedre sortering og genanvendelsesprocesser for disse plastmaterialer fra postforbruger-kilder. Projektet sigter mod skræddersyede genopretningsprocesser for hver type, adskillelse og genanvendelse af plastfraktioner og brugen af dem til produktion af nye emballagematerialer. Derfor er udviklede delaminerings-processer tilpasset med hensyn til emballageformater og materialekompositioner. Især for ikke-metalliserede film anvendes superkritisk CO2 (scCO2) kombineret med nogle miljøvenlige opløsningsmidler med succes.
SEPARESCUE®
Interessant nok udviklede og registrerede vi hos Teknologisk Institut, Plast og Emballage, allerede i 2020-2022 rettigheder til en lignende proces, der bruger scCO2 til delaminering af flerlagsemballager. Processen kaldes SEPARESCUE® (Enhanced Separation and Cleaning of Multilayer Packaging Materials by Selective Plasma and Supercritical CO2 Processing). I modsætning til MERLIN-processen bruger SEPARESCUE®-teknologien kun scCO2 og dens lavtemperaturplasmastilstand som aktive medier til at adskille plastfilmlaminater. Dette betyder, at SEPARESCUE® ikke bruger noget flydende opløsningsmiddel. Vi udførte eksperimenter med kommercielle flerlagsplastemballagefilm, hvor forskellige materialer blev delamineret. For eksempel viser figur 2 et af eksemplerne: en emballagefilm til revet ost, bestående af polyamid (PA) og polyætylen (PE) lag før og efter SEPARESCUE®-behandling. Transparente PA- og dekorerede PE-film kan ses, og PE-filmen er klar til at indgå i en deinkingproces fx plasmabehandling som en del af SEPARESCUE®-teknologien.
Figur 2. Emballagefilm til revet ost med PA- og PE-lag før og efter SEPARESCUE®-behandling. De gennemsigtige PA- og dekorerede PE-film blev fuldstændigt adskilt. PE-filmen kan nu deinkes, mens PA-filmen forbliver ren og klar til genanvendelse som den er.
Efter deltagelse i IAPRI-konferencen i 2024 og omfattende diskussioner med kolleger fra andre lande har vi draget den konklusion, at vores udvikling af deinking- og delamineringsprocesser, støttet af Uddannelses- og Forskningsstyrelsen under Uddannelses- og Forskningsministeriet i Resultatkontrakt MA1 “Bæredygtige materialer”, udgør en væsentlig og synlig del af en global innovationstendens, der sigter mod genanvendelse af dekorerede flerlagsplastemballage.