Von der Snacktüte zur Kühltechnologie: Die Wiedergeburt von Aluminium-Kunststoff-Verbundfolien

Herr Dr. Retsch, wieso werden Aluminium-Kunststoff-Verbundfolien (engl. Aluminum-Plastic Laminates, kurz APL) überhaupt so gerne für Lebensmittelverpackungen – wie bei Chipstüten – verwendet?

Dr. Markus Retsch: Die APL werden oft für Lebensmittelverpackungen verwendet, da durch sie eine Barriereschicht entsteht. Diese verhindert, dass Luft und Wasser durch den Verpackungskunststoff hindurchtreten können. So bleiben die verpackten Lebensmittel in der Tüte länger haltbar und frisch.

Weshalb sind APL eine Herausforderung für gängige Recyclingprozesse?

Dr. Retsch: Das Problem an diesen APL ist ihre Kombination unterschiedlicher Materialklassen. Das vorhandene Aluminium kann nicht wie andere Kunststoffe mechanisch oder thermisch wiederverwertet werden und führt dadurch zu einer Verunreinigung der recycelten Kunststoffe. Die dünne Aluminiumschicht ist darüber hinaus fest mit den umgebenden Polymerfolien verschweißt, sodass dieses Fremdmaterial nicht von dem Kunststofffilm abgetrennt werden kann. Insgesamt führt dies dazu, dass solche Verpackungsfolien kaum wiederverwertet werden können.

Wie sind Sie auf die Idee gekommen, APL für energiesparende Kühlfolien zu nutzen?

Dr. Retsch: Durch unsere langjährige Forschung an neuartigen Materialien mit passiv kühlenden Eigenschaften waren wir schon lange auf der Suche nach einer kostengünstigen, aber qualitativ hochwertigen Quelle für stark reflektierende Materialien. So kam es dazu, dass wir die Innenseite solcher Verpackungsfolien genauer unter die Lupe genommen haben. Eine besondere Eigenschaft dieser Aluminium-Kunststoff-Verbundfolien ist, dass sie auf ihrer nicht bedruckten Seite, also im Inneren, eine stark spiegelnde Oberfläche haben. Daraus entstand schließlich die Idee, diese Verpackungsfolien zu recyceln und für passive Kühlanwendungen nutzbar zu machen.

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Welche Eigenschaften von APL sind dafür besonders nützlich?

Dr. Retsch: Ausschlaggebend für die geforderten Eigenschaften ist eine hohe Reflektivität der Aluminiumfolie. Es geht letzten Endes darum, dass das Sonnenlicht im Spektralbereich von 250 Nanometer bis 2,5 Mikrometer vollständig reflektiert und möglichst kein Sonnenlicht absorbiert wird. Dadurch wird das Sonnenlicht nicht in Wärme umgewandelt. Stark spiegelnde Oberflächen erfüllen diese Anforderungen gut und so verhält es sich auch mit der Aluminium-Verbundfolie.

Wie genau läuft der Prozess ab – Was muss passieren, damit aus der Chipstüte eine Kühlfolie wird?

Dr. Retsch: Die spiegelnden Eigenschaften der Aluminium-Verbundfolie sind allein nicht ausreichend, um passiv kühlende Eigenschaften hervorzurufen. Hierfür ist es zusätzlich erforderlich die Emissivität, also die Abgabe von thermischer Energie in Form von Wärmestrahlung, zu verbessern. Dies kann man erreichen, indem die Aluminium-Verbundfolien mit einem Polymer beschichtet werden, das einerseits auch wieder im solaren Spektralbereich kein Licht absorbiert, andererseits aber im mittleren Infrarotbereich, insbesondere in einem Bereich von einer Wellenlänge von 8 bis 12 Mikrometer, die Emissivität stark erhöht. Dadurch kann man die Vorteile von zwei Welten kombinieren.

Einerseits wird keine Wärme durch solaren Energieeintrag aufgenommen, andererseits wird kontinuierlich Wärme in Form von Wärmestrahlung im mittleren Infrarotbereich abgegeben. Diese abgegebene Wärme wird dann tatsächlich im Weltall absorbiert, das als Wärmesenke dient. So kann man erreichen, dass Wärme von der Erde in das kalte Weltall abgegeben wird und derartige Materialien sich unter starker Sonneneinstrahlung unter die Umgebungstemperatur abkühlen können. Die notwendige zusätzliche Beschichtung lässt sich mit verschiedenen Techniken bewerkstelligen, z. B. durch Aufrakeln polymerisierbarer Filme oder durch die Auflaminierung einer weiteren Kunststofffolie.

Wo können diese Kühlfolien eingesetzt werden oder wo sind sie sogar schon im Einsatz?

Dr. Retsch: Unsere Kühlfolien haben im ersten Schritt die Möglichkeit aufgezeigt, wie derartige Aluminium-Verbundfolien recycelt werden können. Generell finden solche Kühlfolien bislang noch keinen großflächigen kommerziellen Einsatz. Es gibt jedoch einige wenige Startups, die mit ähnlichen Folien bereits zeigen konnten, dass dadurch in Datencentern oder in Supermärkten viel Energie für den Kühlbedarf eingespart werden kann. Weitere mögliche Anwendungsfelder sehe ich zum Beispiel im Bereich von Jalousien, Rollläden, Markisen oder Sonnenschirmen wie sie weit verbreitet auch bei Privatkundinnen und -kunden vorkommen.

Welche Inspiration kann sich die Kunststoff-Recyclingindustrie aus Ihrem Projekt ziehen?

Dr. Retsch: Besonders spannend an unserer Kühlfolie finde ich die Idee, dass aus einem Abfallprodukt ein hochwertiges Hightech-Material hergestellt werden kann. Dadurch gibt es einen Anreiz, derartige Folien gezielt zu sortieren und in eine profitable zweite Anwendung zu bringen. Eine kommerzielle und großflächige Umsetzung unseres Ansatzes steht jedoch noch aus und erfordert weitere Anstrengungen, um passive Kühlfolien als Meterware marktfähig zu machen. Insgesamt denke ich, dass es mutige, kreative und innovative Lösungen braucht, um Polymere auch nach ihrer ersten Nutzung als Wertstoffe in weitere Anwendungen zu bringen.

Eine persönliche Frage zum Abschluss: Welche Chips-Sorte ist Ihre liebste?

Dr. Retsch: Ich esse generell wenig Chips. Wenn, dann favorisiere ich gesalzene Nachos oder Chips mit Salz und Essig.