Innovative  PET-Recyclingtechnologie erhöht  Wirtschaftlichkeit

Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit sind entscheidende Themen beim Recycling von PET-Flaschen. Für einen energieschonenden Recyclingprozess bietet ips Intelligent Pelletizing Solutions aus Niedernberg ein spezielles Verfahren für die Herstellung von fertig kristallisiertem Stranggranulat. Dafür wird die Restwärme des Granulierprozesses genutzt, sodass keine Fremdenergie zugeführt werden muss.

In der Herstellung von PET-Getränkeflaschen kommt dem Einsatz von recyceltem PET (rPET) eine immer größere Bedeutung zu. Innerhalb von nur zwei Jahren – zwischen 2019 und 2021 – stieg der durchschnittliche Anteil an rPET in Deutschland um mehr als 10 Prozent. Laut der Studie „Aufkommen und Verwertung von PET-Getränkeflaschen in Deutschland 2021“ der Gesellschaft für Verpackungsmarktforschung (GVM) lag die rPET-Quote im Jahr 2021 schon bei 44,8 Prozent, Tendenz weiter steigend. Die Recyclingquote von PET-Getränkeflaschen (mit und ohne Pfand) zeigte im Jahr 2021 mit durchschnittlich bei 94,8 Prozent schon ein sehr hohes Niveau.

Der Bottle-to-Bottle-Kreislauf
Bevor es an die Technik geht, ein kurzer Überblick über die Herstellungsschritte einer lebensmitteltauglichen PET-Flasche aus rPET:

1. Sammeln und Sortieren: Verbrauchte PET-Flaschen werden gesammelt, zu Recyclinganlagen transportiert und dort nach Material, Farbe und Verunreinigungen sortiert.
2. Zerkleinern und Waschen: Die sortierten PET-Flaschen werden in kleine Stücke, sogenannte Flakes, zerkleinert.
3. Reinigen und Dekontaminieren: Die Flakes werden gewaschen, von allen Verunreinigungen wie z. B. durch Etiketten, Klebstoff, Sand, etc. gereinigt und ggf. durch chemische und/oder thermische Behandlung jegliche Spuren von Schadstoffen eliminiert.
4. Extrusion: Die sauberen PET-Flakes werden geschmolzen und ggf. der geschmolzene Kunststoff für eine bessere Qualität durch einen Filter gepresst.
5. Granulierung: Die Kunststoffschmelze wird durch eine Düse gepresst und zu Strängen geformt, die anschließend in kleine Pellets oder Granulate geschnitten werden. Alternativ entstehen im Rahmen der Unterwassergranulierung kleine Kugelgranulate.
6. Kristallisation: Die Granulate müssen kristallisiert werden, damit sie als Ausgangsmaterial für die Herstellung neuer rPET-Flaschen einsetzbar sind.
7. Herstellung von Preforms: Die rPET-Pellets werden erneut geschmolzen und zu sogenannten Preforms geformt. Das sind kleine, röhrenförmige Kunststoffteile, die als Rohlinge für PET-Flaschen dienen.

Von amorphem zu kristallinen Granulaten
PET ist ein idealer Kunststoff zur Herstellung von Verpackungsfolien, Flaschen, Fasern und Verpackungsbändern. Bevor PET in die Verarbeitung geht, muss das Material getrocknet und von dem amorphen, klebrigen Zustand in kristalline Granu- late umgewandelt werden (Schritt 6). Hierfür war früher ein hoher Energieeinsatz notwendig. Denn die PET-Schmelze wurde im Granulierprozess von einer Schmelztemperatur von rund 280 °C auf ca. 60 °C abgekühlt. Für den anschließenden Kristallisationsprozess müssen die Granulate wieder auf ca. 130 bis 140 °C aufgeheizt und diese Temperatur für eine gewisse Zeit gehalten werden. „Heute bietet unter anderem ips neue, energieschonende Verfahren an – sowohl für die Unterwassergranulierung als auch für die Unterwasser-Stranggranulierung. Sie nutzen die vorhandene innere Energie der Granulate aus dem Granulierprozess für den Kristallisationsschritt, sodass keine zusätzliche Energie benötigt wird“, erklärt Gerald Weis, Gründer und geschäftsführender Gesellschafter von ips.

Drehrohr für kontrollierte PET-Inline-Kristallisation
Bereits 2020 hat ips speziell für die Inline-Kristallisation von PET-Recyclingware das Drehrohr ips-DR/K als Anlagenoption zu seinen Unterwasser-Granuliersystemen auf den Markt gebracht. Es kann aber auch „Stand-alone“ eingesetzt werden.

Das ips-DR/K mit seiner kompakten, horizontalen Bauform und einer gezielten Prozessführung eignet sich besonders für einen kontinuierlichen Produktionsbetrieb und die effiziente Kristallisation von amorphem PET-Granulat und Mahlgut. Die permanente Bewegung – ohne Zufuhr von externer Energie – verhindert das Verklumpen und Ankleben des amorphen PET-Granulates während des Kristallisationsprozesses.

Durch ein optimales Regeln der Drehzahl bzw. der Verweilzeit in dem thermisch isolierten Drehrohr kristallisiert das amorphe PET schnell und effektiv. Im kontinuierlichen Betrieb lassen sich Durchsätze bis zu 2.500 kg/h erreichen.

Die amorphen PET-Granulate kommen direkt aus dem Granulattrockner ips-GT mit einer Granulattemperatur oberhalb der notwendigen Kristallisationsstarttemperatur in das Drehrohr. Die Nutzung der eigenen Wärmeenergie der PET-Granulate lässt diese kristallisieren. Ein externer Energieeintrag beispielsweise durch Infrarot-heizstrahler ist nicht notwendig. Der Einsatz des Drehrohrs ips-DR/K ermöglicht so eine schonende Kristallisation von PET-Granulat und spart zudem Energie.

Kristallisation von PET-Zylindergranulat ohne Fremdenergie
Neben dem Unterwassergranulieren hat ips in Kooperation mit einem Partner auch für die Unterwasser-Stranggranulierung ein Kristallisierungsverfahren entwickelt, das energieeffizient ohne zusätzliche Wärmezufuhr amorphes zu kristallinem PET-Zylindergranulat macht. „Gemeinsam mit unserem Partner ist ips weltweit der einzige Anbieter dieses Prozesssystems. Wir haben schon mehr als 100 dieser Anlagen im Einsatz, die einen Durchsatz bis zu 3.000 kg/h leisten“, ergänzt Gerald Weis.

Hierfür wird das amorphe, heiße Granulat nach dem Granulierprozess einem Kristallisationsbehälter zugeführt und mit einem geringen Anteil bereits vorliegendem teilkristallinen Material vermischt. Dieses zugemischte, teilkristalline Granulat dient als eine Art Trennmittel, damit die heißen, amorphen Granulate aus der Unterwasserstranggranulierung nicht zusammenkleben. Im Kristallisationsbehälter verweilen die Granulate eine gewisse Zeit, werden durchgemischt und der eigentliche Kristallisationsprozess findet statt. Das kristallisierte Granulat wird dann zum Silo „Nachkristallisation“ transportiert und erreicht dort ohne Fremdenergie einen gleichmäßigen Kristallisationsgrad. Im Silo „Kühlen“ wird es über ein Gebläse gekühlt, über einem Zyklon entstaubt und nachfolgenden Aggregaten, z. B. einem Klassiersieb zugeführt.

Den nächsten Schritt im Blick
Mit den guten Erfahrungen und Erfolgen am Markt des Drehrohrs zur PET-Inline-Kristallisation im Bereich der Unterwassergranulierung ist ips aktuell dabei, ebenso für die Unterwasser-Stranggranulierung ein weiteres, neues Verfahren für die Inline-Kristallisation von PET-Zylindergranulaten zu entwickeln, um noch mehr Energie bei der Kristallisation einzusparen.

Gerald Weis
ips Intelligent Pelletizing Solutions GmbH & Co. KG
g.weis@pelletizing.de
www.pelletizing.de