Downcycling

Bei der Herstellung von Wellpappe spielt das Downcycling eine wesentliche Rolle. Als Teil des Recyclingprozesses ist das Downcycling ein nachhaltiges Verfahren, das zur Schonung der Umwelt und Ressourcen beiträgt. Wellpappe ist ein wiederverwendbares Material, das hauptsächlich aus Altpapier hergestellt wird. Durch das Downcycling der Wellpappe können wertvolle Sekundärrohstoffe zurückgewonnen und in den Produktionskreislauf zurückgeführt werden. Zusätzlich stärkt Downcycling den Papierkreislauf durch Kaskadennutzung: Fasern werden mehrfach stofflich genutzt, bis ihre Qualität für anspruchsvolle Einsätze nicht mehr ausreicht und sie schließlich energetisch verwertet werden. Einflussgrößen wie Faserlänge, Sortenreinheit, Feinstoffgehalt, Aufbereitungsintensität und eingesetzte Hilfsstoffe bestimmen dabei, wie oft ein Materialkreislauf technisch sinnvoll durchlaufen werden kann. In der Praxis wirken zudem Sammellogistik, Feuchtegehalt, Alter der Fasern, Druckfarben- und Klebstoffsysteme sowie Prozesswasserqualität auf die Rezyklierbarkeit und die erzielbaren Festigkeiten. Je nach Altpapierfraktion und Aufbereitung lassen sich die Fasern über mehrere Zyklen nutzen, bevor sie aufgrund von Verkürzung und Schädigung nur noch für Anwendungen mit geringeren Anforderungen geeignet sind.

Definition: Was versteht man unter Downcycling?

Downcycling, auch als Downgrading oder sekundäres Recycling bezeichnet, ist ein Prozess innerhalb des Abfallmanagements. Dabei werden Abfallmaterialien so wiederverwertet, dass sie eine geringere Qualität oder Funktionalität als das Ursprungsmaterial aufweisen. In der Praxis bedeutet das, dass beim Downcycling von Wellpappe aus hochwertigem Material, wie Druckpapier, ein Produkt mit geringerer Qualität, wie zum Beispiel Verpackungsmaterial, hergestellt wird. Im Papier- und Faserbereich beschreibt Downcycling die schrittweise Nutzung von Recyclingfasern in Anwendungen mit geringeren Anforderungen an Oberflächengüte, Festigkeit oder Reinheit, etwa von grafischen Papieren hin zu Testlinern, Wellenstoffen oder Pappen für Schachteln.

Abzugrenzen ist dies vom klassischen Recycling im geschlossenen Kreislauf (gleichwertige Wiederverwendung) sowie vom Upcycling (Aufwertung). Downcycling ist damit eine realistische, technisch etablierte Form der Kreislaufwirtschaft, wenngleich gleichwertige Re-Use-Pfade nicht möglich oder ökologisch nachteilig wären. Im Kontext der Wellpappe wird Downcycling häufig als Open-Loop-Recycling verstanden, bei dem Materialströme zwischen Anwendungsfeldern wechseln und schrittweise auf niedrigere Qualitätsniveaus übergehen.

Prozess des Downcyclings bei Wellpappe

Im Downcycling-Prozess wird Wellpappe zuerst gesammelt und sortiert, um Fremdstoffe zu entfernen. Anschließend wird sie zerkleinert und mit Wasser vermischt, um einen Brei zu erzeugen. Durch Aufschluss und mechanische Prozesse wird die Faserstruktur aufgelockert und die Farbstoffe aus dem Papier gelöst. Danach erfolgt die Aufbereitung zu neuem Papier oder Wellpappe. Im Rahmen des Recycling-Prozesses kann das Material jedoch nur eine begrenzte Anzahl von Malen wiederverwendet werden. Ergänzend wird in modernen Stoffkreisläufen das Prozesswasser im Kreislauf geführt, Faserverluste werden durch Sieb- und Reinigungsstufen minimiert und die Rezeptur durch gezielte Beimischung von Frischfasern stabilisiert, um definierte Zielwerte zu erreichen.

Schritte der Aufbereitung im Überblick

• Sammlung und Sortierung: Trennung nach Qualitäten (z. B. Mischpapier, Kartonagen). Hohe Sortenreinheit reduziert Störstoffe wie Kunststoffe, Etikettenkleber, Folien oder Metallklammern. Sortiertechnologien (optische Erkennung, Windsichtung) und eine trockene, saubere Erfassung verbessern die Ausbeute und reduzieren Qualitätsstreuungen.
• Aufschluss (Pulpern): Altpapier wird in Wasser suspendiert, Fasern werden gelöst. Die mechanische Beanspruchung beeinflusst Faserverkürzung und damit spätere Festigkeit. Niedrigere Temperatur- und Scherprofile schonen die Fasern, während intensiver Aufschluss Verschmutzungen besser löst, aber die Faserintegrität schneller mindert.
• Reinigung und Siebung: Grobstoffabscheider, Drucksiebe und Zyklone entfernen Störstoffe (sogenannte „Stickies“, Leimreste, Partikel). Optional erfolgt ein Deinking-Schritt bei bedruckten Qualitäten. Abscheidung feiner Partikel und Asche senkt den Feinstoffanteil und wirkt sich positiv auf Entwässerung und Bindungskräfte aus.
• Stoffaufbereitung: Einstellung der Zielrezeptur durch Mischung verschiedener Faserfraktionen, Zugabe von Füllstoffen und Hilfsstoffen, Entwässerungs- und Festigkeitsoptimierung. Nassfestmittel, Stärke und Retentionsmittel werden bedarfsgerecht dosiert, um ECT-, RCT- und Biegekennwerte einzuhalten.
• Blattbildung und Trocknung: Herstellung von Wellpappenrohpapieren (z. B. Testliner, Wellenstoff), danach Konfektionierung zu Bogenware und Weiterverarbeitung. Parameter wie Grammatur, Feuchte, Kaliper (Dicke) und Oberflächenbeschaffenheit werden prozessbegleitend überwacht.

Mit jedem Zyklus nehmen mittlere Faserlängen, Bindungsfähigkeit und damit die erreichbaren Festigkeiten ab. Zusätzlich erhöhen sich Feinstoff- und Aschegehalte, was die Weiterverarbeitung beeinflussen kann. Praxisgerecht lässt sich dem durch geeignete Stoffmischungen, Prozessführung und gezielte Qualitätskontrolle begegnen. Für die technische Auslegung und Prüfplanung helfen standardisierte Begriffe und Messgrößen, etwa zu Details zu praxisrelevanten Abmessungen und Toleranzen. Relevante Kennwerte umfassen u. a. Grammatur, Dicke, Feuchtegehalt, Kantenstauchwiderstand (ECT), Ringstauchwiderstand (RCT), Kurzzeitscherfestigkeit (SCT), Berstfestigkeit sowie die Wasseraufnahme (Cobb). Typischerweise bleiben Recyclingfasern je nach Ausgangsqualität und Prozessführung über mehrere Zyklen (häufig 4 bis 7) nutzbar.

Rolle des Downcyclings in der Verpackungsindustrie

Downcycling spielt eine bedeutende Rolle in der Verpackungsindustrie. Es ermöglicht die Wiederverwendung von Verpackungsmaterialien und trägt so zur Minimierung von industriellen Abfällen und zur Schonung der Ressourcen bei. Wellpappe, die durch Downcycling erzeugt wurde, findet vielseitige Verwendung in der Herstellung von Verpackungen, da sie leicht, preiswert und recyclingfähig ist. In der Praxis werden so Sekundärfasern in Trag- und Schutzfunktionen genutzt, beispielsweise in Wellpappformaten für Transportaufgaben, Zwischenlagen, Schachteln oder Behälter. Der Einsatzanteil recycelter Fasern variiert je nach geforderter Festigkeit, Feuchtebeständigkeit und Bedruckbarkeit. Downcycling stabilisiert Rohstoffverfügbarkeit, reduziert Primärfaserbedarf und unterstützt Zielsetzungen der Kreislaufwirtschaft. Für Anwendungen mit Lebensmittelkontakt sind zusätzliche Anforderungen an Barrieren, Reinheit und Migration zu beachten; hier entscheidet die konkrete Auslegung über den zulässigen Rezyklatanteil.

Grenzen ergeben sich bei Anwendungen mit hohen Barriere- oder Hygieneanforderungen, bei starker Beanspruchung durch Feuchte sowie bei mehrlagigen Verbundmaterialien mit erschwerter Trennbarkeit. Design-for-Recycling (z. B. lösungsmittelarme Druckfarben, trennbare Kaschierungen, reduzierte Beschichtungen) verbessert die Verwertbarkeit und erhält die Faserqualität länger. Zudem fördern klare Kennzeichnungen, sortiergerechte Konstruktionen und der Verzicht auf schwer trennbare Verbunde die stoffliche Nutzung über mehrere Qualitätsstufen hinweg.

Vor- und Nachteile von Downcycling

Die Vorteile des Downcyclings liegen in der Ressourceneinsparung und Abfallreduzierung. Es trägt zur Verringerung des Rohstoffverbrauchs und zur Erhöhung der Lebensdauer von Materialien bei. Wellpappe, die durch Downcycling gewonnen wurde, kann unter anderem für die Erzeugung von Verpackungen, Schachteln und Behältern verwendet werden. Die Nachteile beziehen sich hauptsächlich darauf, dass das Produkt nach jedem Recyclingprozess eine geringere Qualität aufweist. Durch das Zerfasern der Wellpappe während des Recyclingprozesses verliert sie an Stabilität. Zudem muss häufig neues Material beigemischt werden, um die Qualität zu erhöhen. In Summe ist Downcycling ein steuerbarer Kompromiss: Erhöhte Sekundärfaseranteile senken den Primärrohstoffbedarf, bedingen jedoch eine sorgfältige Rezeptur- und Prozessführung, um Zielkennwerte zuverlässig einzuhalten.

• Vorteile: Einsparung von Primärfasern, geringerer ökologischer Fußabdruck gegenüber Neuware, Reduktion von Deponie- und Verbrennungsmengen, wirtschaftliche Nutzung bestehender Sammel- und Aufbereitungsinfrastrukturen. Stabilisierung von Rohstoffströmen und Verfügbarkeit auch bei schwankenden Marktbedingungen.
• Herausforderungen: Abnehmende Faserlänge und Bindekräfte, potenziell höhere Feinstoffanteile, Qualitätsstreuungen je nach Eingangsmaterial, notwendige Beimischung frischer Fasern zur Einhaltung geforderter Kennwerte. Erhöhter Aufwand für Prozesskontrolle, Reinigung und Sortierung sowie mögliche Restriktionen durch Barriere- und Hygienestandards.
• Technische Grenzen: Begrenzte Anzahl möglicher Stoffkreisläufe für Zellulosefasern; die tatsächliche Zyklenzahl hängt von Faserherkunft, Aufbereitungsintensität und Anwendungsanforderungen ab. Mechanische Beanspruchung, pH-Wert, Temperatur und Chemikalieneinsatz beeinflussen den Faserabbau und damit die erreichbaren Qualitäten.

Abgrenzung zu Upcycling und geschlossenem Kreislauf

Während Downcycling eine spätere Nutzung auf niedrigerem Qualitätsniveau beschreibt, steht Upcycling für die Aufwertung von Materialeigenschaften oder Funktionen. Ein geschlossener Kreislauf liegt vor, wenn ein Produkt nach der Aufbereitung wieder derselben Anwendung zugeführt werden kann. Im Wellpappbereich sind echte Closed-Loop-Szenarien aufgrund von Druckfarben, Klebern und Verbunden nicht immer erreichbar; Downcycling in definierte, technisch sinnvolle Qualitätsstufen ist daher ein praktikabler Pfad. In vielen Fällen stellt Downcycling eine Brücke zwischen hochwertiger Erstnutzung und finaler energetischer Verwertung dar und verlängert die Nutzungsdauer der Faserressource substanziell.

Praxisbeispiele und Anwendungsfelder

• Transportorientierte Lösungen: Schachteln, Umverpackungen, Zwischenlagen und einfache Behälter mit moderaten Festigkeitsanforderungen. E-Commerce-Versandkartons, Trays oder Außenverpackungen profitieren von ausreichender Tragfähigkeit bei hohem Rezyklatanteil.
• Schutz- und Polsterfunktionen: Einlagen, Kantenschutzelemente, Hüllen oder kaschierte Lagen mit dämpfender Wirkung. Auch Wabenpappe und geschredderte Füllmaterialien lassen sich aus Recyclingqualitäten herstellen.
• Sekundäre Papierprodukte: Graupappen, Hülsenpapiere oder Einlagepapiere, bei denen Oberflächenoptik zweitrangig ist. Schrenzpapier und Liner mit funktionalem Fokus sind typische Downcycling-Zielstufen.

Diese Anwendungen nutzen die verbleibenden Materialeigenschaften effizient aus und tragen dazu bei, Faserressourcen über mehrere Nutzungsstufen im Kreislauf zu halten. Durch abgestufte Qualitätsziele und geeignete Prüfpläne lassen sich konstante Ergebnisse erzielen, ohne unnötige Sicherheitszuschläge in Grammatur oder Materialmix zu wählen.

Qualitätssicherung und Gestaltung für die Verwertung

• Qualitätskontrolle: Überwachung von Faserlängenverteilung, Aschegehalt, Feuchte und Festigkeiten (z. B. Berst-, Biege- oder Kantenstauchwerte) entlang der Prozesskette. Ergänzend werden Cobb-Werte, Zugfestigkeit, Porosität und Verklebeeigenschaften erfasst, um Verarbeitbarkeit und Performance zu sichern.
• Gestaltungsrichtlinien: Reduktion schwer entfernbarer Beschichtungen, Einsatz recyclingfreundlicher Klebstoffe, zurückhaltende Farbaufträge, gut lösbare Etiketten. Klare Materialtrennung und die Vermeidung metallisierter oder mehrschichtiger Verbunde erhöhen die stoffliche Ausbeute.
• Sortiergerechte Logistik: Trennung von Verbundmaterialien und kontaminierten Fraktionen verbessert die Aufbereitungsqualität und senkt Ausschussquoten. Trockene, saubere Sammlung sowie eine klare Kennzeichnung erleichtern die Zuordnung zu geeigneten Aufbereitungswegen.

Normen, Kennwerte und Prüfverfahren

Für die Auslegung und Bewertung von Wellpappen auf Basis von Recyclingfasern sind standardisierte Prüfmethoden maßgeblich. Häufig genutzte Kennwerte sind Kantenstauchwiderstand (ECT), Box Compression Test (BCT) für die Stapelfähigkeit kompletter Schachteln, Ringstauchwiderstand (RCT) und Kurzzeitscherfestigkeit (SCT) für Rohpapierqualitäten sowie Berstfestigkeit bei stoßartigen Belastungen. Ergänzend werden Grammatur, Dicke (Kaliper), Feuchtegehalt, Cobb-Absorption und die Qualität der Klebungen geprüft. Eine konsistente Prüfplanung entlang der Lieferkette reduziert Streuungen und unterstützt reproduzierbare Verpackungsleistung.

Regulatorische Rahmenbedingungen und Kennzeichnung

Downcycling in der Wellpappe bewegt sich innerhalb regulatorischer Vorgaben zu Recyclingquoten, Stoffbeschränkungen und Kennzeichnung. Für Anwendungen mit Lebensmittelkontakt gelten zusätzliche Anforderungen an Migration und Reinheit, die den zulässigen Rezyklatanteil und den Einsatz von Barrieren beeinflussen können. Klare Materialkennzeichnungen (z. B. PAP-Codes) unterstützen die sortenreine Erfassung, während definierte Mindestqualitäten in Spezifikationen sicherstellen, dass Verpackungen trotz variabler Sekundärfaseranteile funktional bleiben.

Ökologische Einordnung

Downcycling mindert den Bedarf an Primärrohstoffen und unterstützt die Reduktion von Treibhausgasen, Wasser- und Energieeinsatz im Vergleich zur Neuherstellung aus Primärfasern. Die tatsächlichen Umweltvorteile hängen von Sammelquoten, Transportentfernungen, Prozessenergie, Reinigungsaufwand und der Qualität des Eingangsmaterials ab. Eine ganzheitliche Betrachtung über den Lebenszyklus hinweg hilft, sinnvolle Einsatzbereiche und Qualitätsstufen festzulegen. Neben der Faserbilanz beeinflussen ebenfalls Tintenentfernung, Additivsysteme und Prozesswasserführung die Gesamtwirkung. Je besser Design, Sortierung und Aufbereitung aufeinander abgestimmt sind, desto länger lassen sich Fasern in der Kaskade halten und desto geringer fällt die Umweltlast je Nutzungszyklus aus.

Zusammenfassung:

• Downcycling bezeichnet den Prozess, bei dem Materialien wie Wellpappe einem Recyclingprozess unterzogen werden, dabei aber an Qualität verlieren und folglich für minderwertigere Produkte eingesetzt werden.
• In Bezug auf Verpackungen aus Wellpappe bedeutet dies, dass die recycelte Wellpappe möglicherweise nicht mehr die gleiche Festigkeit und Haltbarkeit wie die ursprüngliche Wellpappe aufweist und daher für weniger anspruchsvolle Anwendungen verwendet wird.
• Für Unternehmen, die nachhaltige Verpackungslösungen suchen, kann Downcycling dennoch attraktiv sein. Es führt zu einer Reduzierung des Materialverbrauchs und der Abfallmengen, was sowohl umweltfreundlich ist als auch Kosteneinsparungen ermöglichen kann.