Lösungen für das Recycling anspruchsvoller Kunststoffe

Obwohl Nachfrage nachrecycelte Kunststoffe nehmen weiter zu – teilweise getrieben durch die Verpflichtung von Markeninhabern, recycelte Inhalte in ihre Produkte zu integrieren – die US-Umweltschutzbehörde gibt an, dass die Recyclingquote in den USA weiterhin bei etwa 9 Prozent liegt.1 „Nationaler Überblick: Fakten und Zahlen zu Materialien, Abfälle und Recycling“, US-Umweltschutzbehörde, 31. Juli 2022. Zusammengenommen schränken mehrere Faktoren das US-Recycling ein: Verbraucherverhalten, mangelnder Zugang zu Recycling, die Sortierung anspruchsvoller Kunststoffe und unzureichende Recyclingkapazität.2 „Beschleunigung der Kunststoffrückgewinnung in den Vereinigten Staaten“, McKinsey, 20. Dezember 2019.

Hier konzentrieren wir uns auf eine wichtige Chance zur Lösung von Herausforderungen bei der Sortierung sogenannter anspruchsvoller Kunststoffe, bei denen es sich um Nicht-Flaschen-Verpackungsmaterialien wie Folien und flexible Artikel, Schaumstoffe und kleinformatige Artikel handelt. Vor allem Folien werden von Recyclern als Ausgangsmaterial für neue Technologien namens „Advanced Recycling“ gesucht.3 Weitere Informationen zum Advanced Recycling finden Sie in Zhou Peng, Theo Jan Simons, Jeremy Wallach und Adam Youngman, „Advanced Recycling: Opportunities for Growth“. ,“ McKinsey, 16. Mai 2022. Obwohl in der Abfallentsorgungsindustrie erhebliche Mengen an anspruchsvollen Kunststoffen verfügbar sind, wird aufgrund der Marktlücke heute nur eine begrenzte Menge tatsächlich recycelt: Die Qualität des verfügbaren Materials entspricht nicht den Inputanforderungen für Recycler .

Obwohl in der Abfallwirtschaft erhebliche Mengen an anspruchsvollen Kunststoffen verfügbar sind, wird aufgrund der Marktlücke heute nur eine begrenzte Menge tatsächlich recycelt.

Der Begriff „fortgeschrittenes Recycling“ bezieht sich auf aktuelle technologische Entwicklungen wie Pyrolyse, Vergasung, Solvolyse und Mikrowellentechnologie, die das mechanische Recycling ergänzen sollen, das in den letzten drei Jahrzehnten der gängigste Ansatz für das Kunststoffrecycling war. In diesem Sinne kann fortschrittliches Recycling dabei helfen, zuvor schwer zu recycelnde Materialien in Kohlenwasserstoffe und Vorläufermoleküle umzuwandeln, die andere Prozesse als chemische Ausgangsstoffe verwenden können.1Weitere Informationen zum fortschrittlichen Recycling finden Sie bei Zhou Peng, Theo Jan Simons, Jeremy Wallach und Adam Youngman , „Fortgeschrittenes Recycling: Wachstumschancen“, McKinsey, 16. Mai 2022.

Dieser Artikel beschreibt die Möglichkeit, eine neue Generation von Sekundärsortieranlagen, auch Feedstock-Aufbereitungsanlagen (FPFs) genannt, einzusetzen, um diese Marktlücke zu schließen und einen bedeutenden Fortschritt beim Kunststoffrecycling in den USA zu ermöglichen. Unsere Schlussfolgerung ist, dass die Nachfrage nach recycelten Kunststoffen stark ist, große Mengen ungenutzter Rohstoffe zur Deckung dieser Nachfrage zur Verfügung stehen und Preisaufschläge für recyceltes Material die Wirtschaftlichkeit für die gesamte Wertschöpfungskette attraktiv machen, um in die Sammlung und Verarbeitung dieses Materials zu investieren, um hochwertige Produkte zu produzieren -Qualitätskreislaufkunststoffe.

Heutzutage gibt es große Unterschiede bei den Recyclingquoten verschiedener Kunststoffe und Kunststoffformen. Plastikflaschen und andere große, starre Verpackungsformen – typischerweise Polyethylenterephthalat (PET) und hochdichtes Polyethylen (HDPE) – weisen mit 20 Prozent oder mehr die höchsten Recyclingquoten aller Kunststoffe auf (Abbildung 1).

PET- und HDPE-Flaschen (z. B. Wasserflaschen, Milchkännchen und Shampooflaschen) werden neben Papier, Metall und Glas weithin in Recyclingprogrammen für Haushalte am Straßenrand akzeptiert. Folglich verfügen diese Flaschen über stabile Systeme zur Rückgewinnung, wie zum Beispiel die einfache Sortierung in Materialrecyclinganlagen (MRFs), die mit automatisierten Sortierern Wertstoffe in einem einzigen Strom verarbeiten können.

Andere Verpackungssegmente wie Folien, Beutel und andere Gastronomieartikel, die größtenteils aus Polyethylen (PE) bestehen, weisen Recyclingquoten von weniger als 10 Prozent auf. Filme und flexible Folien haben bei Programmen am Straßenrand oder in Privathaushalten eine geringe Akzeptanzrate und werden meist durch gewerbliche Abholung im Laden zurückgewonnen. Von den rund 35 Millionen Tonnen (MT) an Post-Use-Kunststoffen, die jedes Jahr in den Vereinigten Staaten anfallen, machen diese anspruchsvollen Formen von Kunststoffverpackungen – wie PE-Folien, mehrschichtige Verpackungen, Thermoformen, Schäume und kleine starre Verpackungen – etwa acht aus metrische Tonnen pro Jahr (MTPA). Dieser Kunststoff könnte als Rohstoff für Recycler dienen, ist aber heute noch weitgehend ungenutzt.

Es besteht eine starke Nachfrage nach recycelten Kunststoffen, insbesondere von Herstellern von Konsumgütern (CPG), die gebrauchte Kunststoffe verwenden müssen, um Recyclingverpflichtungen zu erfüllen. In diesem Punkt haben sich viele CPG-Unternehmen verpflichtet, 15 bis 50 Prozent ihres Portfolios auf recycelte Kunststoffe umzustellen – in einigen Fällen bereits im Jahr 2025 oder 2030.4 „Unterzeichnerberichte“, Ellen MacArthur Foundation, abgerufen am 3. August 2022.

Diese Nachfrage wird durch Prämien für recycelte Kunststoffe belegt – insbesondere für hochwertige Qualitäten, die in Verpackungen verwendet werden, wie beispielsweise natürliches HDPE. Trotz dieser Nachfrage sind die Recyclingquoten für Folien und flexibles Kunststoffmaterial nach wie vor niedrig, und viele Programme sammeln diese Materialien nicht. Von den etwa 500 MRFs in den Vereinigten Staaten verfügen heute 20 bis 30 Prozent über die Fähigkeit, Kunststofffolien zu verarbeiten. Diese MRFs könnten einen sogenannten „MRF-Folienballen“ produzieren; Die Mehrheit entscheidet sich jedoch dagegen, da es den Eindruck erweckt, dass es keinen Endmarkt gibt.

Die Unterbrechung ist wahrscheinlich auf die Qualität der gebrauchten Kunststoffballen zurückzuführen. Heutzutage ist die Qualität von MRF-Folienballen typischerweise gering. Einige bestehen zu 50 bis 70 Prozent aus PE oder Polypropylen (PP); 10 bis 20 Prozent andere unerwünschte Kunststoffe wie PET oder Polyvinylchlorid (PVC); und 10 bis 30 Prozent nichtplastische Materialien wie Papier, Metall oder Lebensmittelreste. Auch die Zusammensetzung der Ballen ist sehr inkonsistent und weist im Laufe der Zeit und je nach Quelle große Schwankungen auf, was ihre Verwendung in der Weiterverarbeitung erschwert.

Nachgeschaltete Recycler erfordern, selbst in flexibleren, fortgeschrittenen Recyclingprozessen, Reinheitsgrade von 80 bis 90 Prozent oder mehr. Mechanische Recycler benötigen noch hochwertigere Kunststoffe, etwa Folien der Qualitäten B oder A/A+, bei denen klares PE zu mehr als 95 bzw. 99 Prozent rein sein muss.

Das Qualitäts- und Mengenungleichgewicht zwischen Angebot (MRFs) und Nachfrage (Advanced Recycler oder CPGs) hat zu einer Marktentkopplung geführt. Einerseits gibt es viele ungenutzte flexible Ballen von geringer Qualität, die auf Mülldeponien landen; Andererseits stehen nur begrenzte Rohstoffe zur Verfügung, um fortgeschrittenes Recycling skalieren zu können (Abbildung 2).

Um die durch unterschiedliche Rohstoffqualität verursachten Marktunterschiede zu beheben, kann die Kunststoffrecyclingindustrie in FPFs investieren, um die Qualität der Ballen zu verbessern. FPFs könnten dazu dienen, Kunststoffabfälle zu aggregieren und aufzubereiten, um die Spezifikationen nachgelagerter Verarbeiter zu erfüllen. Prämien für recycelten Kunststoff ermöglichen bei jedem Schritt eine Rendite auf Reinvestitionsniveau. Der Aufbau dieses Systems erfordert eine Zusammenarbeit zwischen der (fortgeschrittenen) Recyclingindustrie und der Abfallindustrie. Dieser Lösungsvorschlag wird im Folgenden näher erläutert.

Um die Qualität der Rohstoffe zu verbessern, könnte die Kunststoffrecyclingindustrie in FPFs investieren, um den Polyolefingehalt zu erhöhen, um die Spezifikationen für fortgeschrittenes Recycling und das Aggregatvolumen von MRFs zu erfüllen, um fortschrittliche Recycler zu versorgen. FPFs können auch Sortierer einsetzen – zum Beispiel Ballistik, Wirbelstrom, Magnet oder optisch –, um andere Kunststoffe und Verunreinigungen zu entfernen, und sie können die physische Darstellung des Ausgangsmaterials an die Bedürfnisse jeder Recyclinganlage anpassen, z. B. durch den Einsatz von Schredder, Verdichtung usw Extrusion, um die physikalische Form des Ausgangsmaterials zu verändern, um den Anforderungen bestimmter Recyclinganlagen gerecht zu werden.5Sortierte Kunststofffolien können leicht und flauschig sein und sind daher möglicherweise nicht das ideale Format für die Zufuhr in ein Reaktionsgefäß, da sich die Folien verheddern könnten und bei Hitze nicht homogen sind überweisen. Unter Verdichtung versteht man das Verdichten von Materialien, und unter Extrusion versteht man das Schmelzen und Formen von Materialien zu einem einheitlichen Profil.

Künftig können FPFs MRF-Folien umleiten, die sonst auf der Mülldeponie landen würden, und die 20 bis 30 Prozent der MRFs, die flexible Folien verarbeiten können, können beginnen, ihre Fähigkeiten zu entfalten. Sobald diese MRF-Kapazitäten vollständig ausgenutzt sind, kann die Industrie in zusätzliche MRF-Upgrades investieren, beispielsweise in neue ballistische oder optische Sortierer, um mehr Filme aus privaten und kleinen kommerziellen Quellen zu akzeptieren.

Diese Änderungen erfordern zusätzliche Investitionen und führen zu Kostenstufen nach Quelle und Methode der Rückgewinnung (Abbildung 3). Zunächst können kostengünstige Post-Use-Folien aus großen und mittelgroßen kommerziellen Quellen zurückgewonnen werden, indem sie Verbraucher vor dem Geschäft abgeben und zu Ballen im hinteren Geschäft packen. Der Bau von FPFs zur Aufwertung von Filmen gegenüber MRFs würde die nächste Kostenstufe darstellen. Weitere Kosten könnten durch die Modernisierung von MRFs und den Bau von FPFs entstehen. Schließlich haben einige Quellen, beispielsweise ländliche Gebiete, keinen Zugang zu Recycling, und die Bereitstellung des Zugangs würde größere Investitionen erfordern, beispielsweise den Kauf neuer Lastkraftwagen oder die Entwicklung von MRFs.

Eine kleine Zahlder Kunststoffrecyclinganlagen in den Vereinigten Staaten fungierten als Sekundärsortierung für Kunststoffrückstände aus Materialrecyclinganlagen (MRFs), aber alle diese Anlagen stellten ihren Betrieb bereits nach wenigen Monaten oder Jahren ein, hauptsächlich aufgrund schlechter wirtschaftlicher Rahmenbedingungen.

Allerdings könnten sich Anlagen zur Rohstoffaufbereitung (FPFs) heute aus drei Gründen als erfolgreich erweisen:

Eine zusätzliche Sortierung würde höhere Kosten für Altkunststoff-Rohstoffe verursachen, als fortgeschrittene Recycler in der Vergangenheit gezahlt haben. Unsere Forschung zeigt, dass die Abfallentsorgungsindustrie Folien aus kommerziellen Quellen für weniger als 200 US-Dollar pro Tonne liefern könnte, aber eine steigende Nachfrage könnte die Kosten auf bis zu 300 bis 500 US-Dollar pro Tonne erhöhen, da teurere Mengen an Kunststoffabfällen erforderlich sind, um die Nachfrage zu decken (siehe Seitenleiste). „Wie Anlagen zur Rohstoffaufbereitung erfolgreich sein können“).

In den letzten drei Jahren war der Aufpreis für recycelten Kunststoff im Vergleich zu Neumaterial jedoch hoch – mehr als 1.500 US-Dollar pro Tonne – und reichte mehr als aus, um die oben beschriebenen zusätzlichen Sortierkosten zu decken. Diese Prämien können über die gesamte Wertschöpfungskette weitergegeben werden, um Investitionen in die Verbesserung der Ballenqualität zu fördern.

Die Kunststoffrecyclingindustrie (einschließlich Chemieproduzenten) und die Abfallwirtschaft können zusammenarbeiten, um das Recycling dieser anspruchsvollen Kunststoffe zu steigern. Chemieunternehmen verfügen über die nachgelagerten Vermögenswerte und Produktportfolios; Abfallentsorgungsunternehmen besitzen die nachgenutzten Kunststoffmaterialien und sind am besten für den Einsatz von Sortiertechnologien positioniert. Bis zu einem gewissen Grad sind diese Unternehmen heute in der Lage, solche Technologien einzusetzen, obwohl sie noch nicht über die wirtschaftlichen Anreize verfügen, dies zu tun.

Da die Nachfrage nach Recyclingfolien weiter wächst, kann die Kunststoffrecyclingindustrie mit der Abfallentsorgungsindustrie zusammenarbeiten, um breitere Rohstoffquellen zu erschließen.

Insbesondere die chemische Industrie kann dazu beitragen, eine starke und wachsende Nachfrage nach Rohstoffen zu signalisieren und zur Finanzierung der Mobilisierung der Abfallwirtschaft beitragen, entweder durch direkte Kapitalinvestitionen oder durch Abnahmevereinbarungen. Dies könnte dazu beitragen, Vertrauen in die Abfallwirtschaftsbranche aufzubauen, was wiederum zu weiteren Investitionen führen könnte. Über die reinen Chemieproduzenten und die Abfallwirtschaft hinaus ist die Unterstützung von Verbrauchern, Verpackungsverarbeitern, Markeninhabern und politischen Entscheidungsträgern erforderlich, um den Erfolg sicherzustellen.

Wir rechnen auch in den kommenden Jahren mit einer anhaltenden Nachfrage nach recycelten Kunststoffen. Durch die Erschließung neuer Segmente von Kunststoffabfällen können Marken ihre Verpflichtungen in Bezug auf recyceltes Material erfüllen. Dies wird durch fortschrittliche Recycler ermöglicht und durch Preisaufschläge unterstützt, die Investitionen entlang der gesamten Wertschöpfungskette ermöglichen. Diese Umstände stellen eine beispiellose Gelegenheit für Abfallsammler und fortgeschrittene Recycler dar, gemeinsam (und gewinnbringend) zu investieren, um eine deutliche Änderung der Recyclingquoten in Nordamerika voranzutreiben.

Chris Mussoist Senior Partner im McKinsey-Büro in Denver, woAndrew Fischist assoziierter Partner;Zhou Peng ist Berater im Büro in Houston; UndJeremy Wallachist Partner im Bostoner Büro.

Die Autoren danken Wenting Gao, Amanda Kwon, Craig Poeppelman, Caroline Vanchiere und Rong Xiao für ihre Beiträge zu diesem Artikel.