Daten und Überlegungen zu einem Mehrwegsystem für Wandfarbe

Im deutschen Handel wurden vergangenes Jahr für etwa 2 Mrd. EUR Wandfarben verkauft, eines dergrößten Teilsegmente im Farbenhandel. Man fragt sich, warum auf diesem Markt seit Jahrzehnten keine nennenswerten Innovationen in Richtung Kreislaufwirtschaft stattfinden.

Wenn man von Kreislaufwirtschaft spricht, sollten die Begrifflichkeiten definiert sein. Daher hier ein kleines

Glossar zur Kreislaufwirtschaft

RecyclingUnspezifischer Sammelbegriff der Abfallvermeidung. Umfasst meist Elemente von stofflicher Wiederverwertung und Wiederverwendung, die nicht immer trennscharf verwendet werden. R. wird auch von jenen für sich in Anspruch genommen, die ihren Müll nicht bei laufender Fahrt aus dem Autofenster werfen.
Reduce!Slogan von Bewegungen zur Abfallvermeidung. Impliziert, dass weniger Einsatz von Wertstoffen die Umweltbelastung mindert. Übersieht häufig, dass die Reduktion von Herstellungsmaterialien auch negativen Einfluss auf Qualität und Lebensdauer besitzen und in einer Gesamtbetrachtung eine erhöhte Schädigung der Umwelt bedeuten können.
WiederverwendungWiederkehrende Nutzung eines Produktes oder Stoffes. Erfordert keinen oder keinen substantiellen Energieaufwand zur Aufbereitung (z.B. Kaffeetassen).
WiederverwertungVornehme Umschreibung dafür, dass die meisten Wertstoffe im Abfallprozess nicht als Werkstoffe aufbereitet, sondern thermisch verwertet, also der Müllverbrennung zugeführt werden.
ÄrgernisWahrgenommener Umstand (häufig Missstand), bei dem Unklarheit darüber herrscht, warum er nicht schon vor langer Zeit abgestellt wurde

Ausgangslage

Wandfarbe ist eines der traditionellsten Geschäfte überhaupt. Jeder kennt die Wandfarbeneimer (technisch gesprochen handelt es sich um Gebinde), sie sehen alle ungefähr immer gleich aus:

Wandfarbeneimer
  • Ovale Form (damit eine Farbrolle reinpasst und man direkt aus dem Eimer streichen kann)
  • Das Material ist meist HD-PE, ein Kunststoff (Gewicht) mit besonderen Eigenschaften (wird nicht spröde, formstabil)
  • Mit einem Henkel aus Metall oder Kunststoff, damit man ihn tragen kann

Lifecycle einer handelsüblichen Wandfarbe

Eine Wandfarbe hat in der Praxis derzeit den linearsten aller Produktlebensläufe, die man in der Chemieindustrie finden kann:

  1. Der Hersteller befüllt das Gebinde mit Wandfarbe
  2. Der Hersteller liefert an den Handel
  3. Der Kunde kauft, nimmt das Gebinde mit nach Hause und streicht seine Wand
  4. [Das Gebinde wandert mit einem verbleibenden Rest von ca. 10% in den Keller, damit die Farbe später nochmal zum Nachstreichen benutzen kann, was so gut wie nie passiert]
  5. Beim Keller-Ausmisten wird das alte Gebinde gefunden und dann im Restmüll entsorgt (manche Menschen bringen ihn noch zum Wertstoffhof, aber das ändert an der weiteren Verwendung wenig)
  6. Der weggeworfene Eimer kann, da mit Farbresten versehen, nicht mehr wertstofflich recycled werden, und wird der sog. thermischen Verwertung zugeführt

Alternative Werkstoffe für den Eimer

Um die Kunststoff-Recycling-Problematik zu verbessern sind wir vor vielen Jahren auf Eimer aus Weißblech umgestiegen. Obwohl Weißblech einen höheren Energiebedarf in der Herstellung besitzt (ca. 3,11 kg CO2 pro kg Material gegenüber einem Durchschnittswert von 2,0 für Kunststoffe), bietet es dennoch auch Vorteile gegenüber Kunststoff:

  • Die Recyclingquote von Weißblech in Deutschland ist mit über 90% deutlich höher als im Kunststoff-Bereich.
  • Weißblech ist verhältnismäßig einfach aus unsortiertem Müll extrahierbar (Magnet).
  • Weißblech ist ein Permanentmetall, d.h. recycltes Weißblech wird wieder zu Weißblech und muss nicht in andere Kreisläufe eingespeist werden.

Daher setzen wir für fast alle unsere Produkte Weißblech ein (und wir sehen, dass einige Designer-Wandfarben jetzt auch auf Weißblech-Gebinde umgestiegen sind). Aber, und das ist das Entscheidende, es ist trotzdem nicht perfekt:

  • Werkstoffliche Verwertung ist strukturell schlechter als Wiederverwendung, weil mit ersterem immer Energiebedarf (und damit CO2-Footprint) verbunden ist.
  • Weißblech als Werkstoff erlaubt nur rotationssymmetrische oder leicht konische Geometrien (das Gebinde ist immer rund), d.h. man braucht sehr große Durchmesser, um eine Farbrolle „ready-to-use“ eintauchen zu können.
  • Daher werden häufig zusätzlich Farbwannen aus Kunststoff eingesetzt, die die Energie- und Wertstoffbilanz wieder verschlechtern.

Aufgrund der schlechten Recycling-Ökobilanz sind in den letzten Jahren einige „neuartige“ Strategien entwickelt worden. Dazu gehören Eimer aus Rezyklat (also geschreddertem Altkunststoff) oder sogenannte bioabbaufähige kompostierbare Kunststoffe, etc., die ihrerseits mit großen Problemen behaftet sind (Freisetzung von CO2 im Kompostierungsprozess, lange Kompostierdauer verhindert Einbringung in gewerbliche Biokompostieranlagen, etc.). Eine gute Darstellung über die Problematik bietet z.B. dieses Expertenpapier des Österreichischen Wasser- und Abfallwirtschaftsverbandes (ÖWAV) aus 2021.

Die Stoffströme von Kunststoffen

Wenn man die Recycling-Bilanz von Kunststoffen allgemein betrachtet, dann zeigt sich folgendes Bild:

Quelle: Stoffstrombild Kunststoffe Deutschland 2019, Conversio 2020

Die wesentlichen Eckdaten sind:

  • Von ca. 14 Mio. Tonnen Kunststoff stammen nur etwa 14% aus Rezyklat. Weitere signifikante Steigerungen (etwa in einen Bereich von 50%+) sind technologisch schwierig und binnen der nächsten 10 Jahre nicht zu erwarten.
  • Jedes Jahr werden in Deutschland etwa 6,28 Mio. Tonnen Kunststoff gesammelt. Die restlichen 8 Mio. to sind entweder noch im Umlauf (in Produkten) oder gehen anderweitig verloren.
  • Von den 6,28 Mio. Tonnen gesammelter Kunststoff gehen über 50% in die thermische Verbrennung (mit entsprechendem CO2-Footprint), etwa 2,93 Mio. Tonnen werden wiederverwertet und werden dann nach Prozessverlusten zu den o.a. 1,95 Mio. Tonnen Recycling-Kunststoffen.

Ansatzpunkte für eine echte Kreislauflösung

Fassen wir kurz nochmal zusammen:

  • Wandfarbe ist heute faktisch ein linearer Prozess von der Herstellung bis zur Deponie.
  • Alternative Kunststoffe sind ebenfalls problematisch. Weißblechgebinde sind besser (nicht perfekt), aber unpraktisch.
  • Recycling im Sinne einer Wiederverwendung von Wertstoffen findet nur in sehr eingeschränktem Ausmaß statt, was die weitere Skalierbarkeit solcher Lösungen mehr als fraglich erscheinen lässt.

Wir haben uns daher Gedanken gemacht, wie eine echte kreislauffähige Lösung der Weiderverwendung (nicht: -verwertung) aussehen könnte. Sie müsste folgende Elemente beinhalten:

  1. Ein praktisches Gebinde, mit dem der Konsument gerne arbeitet (aller Umweltschutz hilft nur, wenn Menschen das Produkt auch wirklich einsetzen)
  2. Das Gebinde muss zurück zum Hersteller und dann faktisch wiederverwendet werden
  3. Der Wiederverwendungskreislauf muss machbar und deutlich umweltfreundlicher sein als die lineare Verwendung/Verwertung
  4. Idealerweise werden die Farbreste im Gebinde auch wiederverwendet, denn die zu entsorgenden Wertstoffe müssen auf ein absolutes Minimum reduziert werden

#1: Überlegungen zum Gebinde

Anforderungen

Ein praktisches Gebinde beinhaltet, dass eine Standard-Farbrolle eingetaucht werden kann, damit man „direkt aus dem Eimer“ streichen kann. Das bedeutet, dass die Öffnung oben und unten mindestens einen Durchmesser von 29 cm am Boden besitzen.

Zusätzlich sollte es, um zumindest prinzipiell kreislauffähig („KLF“) sein zu können, folgende Eigenschaften besitzen:

  • Konstruktive KLF: stabile Konstruktion, keine überhängenden Teile, die abreißen können, etc.
  • Transportsicherheit: Auslaufschutz, Sicherung des Deckels gegen unbeabsichtigtes Öffnen
  • Auswaschbarkeit: Um eine wertstoffliche Wiederverwendung zu gewährleisten, muss das Gebinde auswaschbar sein. Dies ist nicht selbstverständlich. Wir stellen zum Beispiel eine sehr umweltfreundliche Wandfarbe auf Silikatbasis her. In Versuchen mit Weißblechgebinden hat sich allerdings gezeigt, dass sich eingetrocknete Farbe nur sehr schwer rückstandsfrei auswaschen lässt.

Ein Kandidat

Wir sind haben uns zusammen mit einem Kunststoff-Hersteller Spezialgebinde aus monomerem HD-PE analysiert und festgestellt, dass hier eine maschinelle Auswaschung sehr gut funktioniert. Dieser Eimer könnte ein geeigneter Kandidat sein.

Der Kandidat

Aber es ist dann wieder Kunststoff. Damit sich das lohnt, müssten die Gebinde in einen echten Wiederverwendungs-Kreislauf eingespeist werden.

#2:Wie bekommt man als Hersteller die Wandfarbe zurück?

Zunächst ist zu prüfen, wie die Rückführung von Farbeimern zum Hersteller erfolgen kann, damit sie wiederverwendet werden können. Dazu eignen sich grundsätzlich drei Strategien:

  • Öffentliche Recycling-Systeme analog der gelben Tonne
  • Die Aufstellung von Rücknahmecontainern am Point of Sale (z.B. im Geschäft oder Fachmarkt)
  • Die direkte Rücksendung vom Verwendungsort an den Hersteller

Öffentliche Systeme zur Aufnahme von Farben bestehen heute z.B. auf Wertstoffhöfen. Allerdings sind diese nicht für eine herstellergetreue Rückführung geeignet, sondern eignen sich eher für standardisierte Gebinde (z.B. Pfandflaschen). Die Aufstellung von speziellen Rücknahmecontainern am PoS ist mit einem erhöhten Verwaltungsaufwand für den Handel verbunden, weshalb solche Systeme in der Vergangenheit nur sehr vereinzelt und meist in Verbindung mit gesetzlichen Rücknahmepflichten eingeführt wurden. Eine herstellergetreue Sammlung von Verpackungen erscheint angesichts der Komplexität in besonderem Maße unrealistisch.

Bleibt die Rückführung der Wertstoffe (hier: Farbeimer mit Farbresten) durch den Endverbraucher an den Hersteller. Dies könnte etwa durch Paketversand oder Abholung geregelt werden.

#3: Untersuchungen zur Wiederverwendbarkeit

Wenn wir besser als die reine wertstoffliche Wiederverwertung von Kunststoff-Eimern sein wollen und eine echte Weiderverwendung aufbauen wollen, müssen zwei Voraussetzungen erfüllt sein:

a) Wiederverwendbarkeit

Hier haben wir zunächst untersucht, ob sich das eingesetzte Gebinde mit Hilfe der bei uns verfügbaren Kreislauf-Waschanlagen rückstandsfrei reinigen lässt. Wir haben dazu Wandfarbe abgefüllt, forciert (im Wärmeofen) und unforciert gelagert und dann mit reinem Wasser ohne Zusätze ausgewaschen.

Ergebnis: die Wandfarbe lässt sich mittels Druck und Wasser rückstandsfrei aus dem Eimer entfernen

b) Footprint-Analyse von wiederverwendeten Kunststoff-Gebinden und linearem Lebenszyklus

Hier wird die Untersuchung sehr interessant, denn wir müssen den Footprint einer linearen Verwendung/Verwertung mit dem einer zirkulären Verwendung/Wiederverwendung vergleichen.

Dazu müssen folgende Parameter berücksichtigt werden:

  • Der Lebenszyklus-Footprint des Gebinde-Materials (bei obigem Kandidaten: HD-PE), der abhängt von der Zahl der Nutzungszyklen bevor es zur wertstofflichen Verwertung kommen muss (z.B. durch Materialbruch) und der möglichen der Recyclingquote
  • Einer analogen Betrachtung für ein Verpackungskartonage zur Rückversendung
  • Dem CO2-Footprint einer eventuellen Rückversendung und der Aufbereitung (insbesondere das Auswaschen mit warmem Wasser)
  • Dem Vergleich mit der linearen Verwendung/Verwertung

Die Untersuchung zeigt folgende Ergebnisse:

  • HDPE erzeugt pro kg einen CO2e-Footprint von ca. 2,52 kg CO2/kg Material. Bezogen auf unseren Kandidateneimer sind dies ca. 1,89 kg CO2e. Wir gehen nach unseren Versuchen von mindestens 10 Nutzungszyklen aus (der Eimer ist wirklich sehr stabil). Die Recyclingquote liegt mit 45% höher als bei der Entsorgung über ein Wertstoff-System, da der Hersteller sortenreine Reste direkt wieder in seine Kreinsläufe einspielen kann.
  • Eine stabile Versandkartonage wiegt ca. 500g und kann etwa 5 mal wiederverwendet werden.
  • Das Auswaschen eines Eimers erfordert pro Eimer ca. 2 Liter Wasser, die von 20 auf 60 Grad erwärmt werden müssen. Dies erfordert pro Liter 46,4 Wattstunden. Da wir 100% Ökostrom einsetzen und Ökostrom ca. 5,3g CO2e pro Kilowattstunde verursacht, ist die rechnerische CO2e-Belastung daraus 0,00049184 kg CO2e, die wir aufgrund von Wärmeverlusten etc. um den Faktor 20 erhöht auf 0,01 kg CO2e abschätzen.

Für den Vergleich lineare Verwertung und zirkulare Verwendung müssen desweiteren berücksichtigt werden:

  • die niedrigere Recyclingquote bei der linearen Entsorgung über die Abfallwirtschaft (die bereits erwähnten 19%)
  • Den CO2-Footprint der Rückversendung. Der Rückversand eines leeren oder fast leeren Gebindes (Gewicht dann ca. 2,5 bis 3,5 kg) bei dpd erzeugt einen CO2e-Footprint von ca. 500g pro Versendung.
  • Diesen müssen wir inkl. des Aufbereitungsimpact für den Vergleich der beiden Strategien vom Footprint der Variante 2 abziehen (von 1,98 auf 1,38 kg Co2e), da für jeden Anwendungsfall Variante 1 auf jeden Fall diese Differenz zu Buche schlägt.

Perpetuiert man die Footprints in infinitesimaler Approximation, dann ergibt sich folgendes Bild:

CO2e-Footprint der beiden Varianten

Ergebnis: Wiederverwendung hat einen gegenüber der linearen Verwertung einen Footprint-Vorteil von ca. 92%.

Wie jede Untersuchung zum Thema sind die Ergebnisse mit einer gewissen statistischen Unsicherheit behaftet, da die zugrundeliegenden Rohdaten (CO2-Footprint, Haltbarkeit, etc.) einer statistischen Schwankungsbreite unterliegen. Um den möglichen Fehler einzugrenzen haben wir beide Ergebnisse mit unterschiedlichen Fehlertoleranzen (zwischen 5 und 50%) ausgewertet und dabei stets gegenläufige Fehler angenommen (z.B. was wenn wir den Footprint einer Variante mit 5% zu hoch einschätzen und den der anderen Variante um 5% zu niedrig). Dadurch erhält man eine Einsicht in die Veränderung der Ergebnisse bei unterschiedlichen Fehlerniveaus. Das Ergebnis zeigt folgende Tabelle.

Änderung der Ergebnisse bei unterschiedlichen Fehlerniveaus

Ergebnis: Ab einem Fehlerniveau von 20% fällt die Ersparnis von Variante 2 (Wiederverwendung) unter 90%, bei einem angenommenen Fehler von 50% im ungünstigsten Fall ca. 76%. Wir gehen daher davon aus, dass die Wiederverwendung einen Footprint-Vorteil von deutlich über 80% aufweist.

#4: Schließung aller Wertstoff-Kreisläufe

Die Schließfähigkeit von weiteren Wertstoff-Kreisläufen hängt zunächst von der eingesetzten Farbe ab. Wir haben das System mit zwei Systemen getestet:

  1. Silikat-Wandfarbe auf Kaliwasserglas-Basis
  2. Handelsübliche Dispersionsfarbe

Es zeigt sich, dass der Auswaschungsprozess bei handelsüblichen Dispersionsfarben nicht ohne weiteres funktioniert, da es zu Agglomerationen kommt, die zumindest im Laborversuch nicht ohne Weiteres aufgelöst werden konten. Hier müssten weitere Praxis-Untersuchungen folgen, ob ein technischer Weg aufgezeigt werden kann. Silikat-Wandfarbe ließ sich im Versuch ohne Probleme und Agglomerationen auswaschen.

Wir haben das Abwasser aus der Gebinde-Waschanlage untersucht und festgestellt, dass es im Wesentlichen Kreiden, Marmorstaub und Titandioxid enthält. Diese können filtriert werden und ca. 10% der entsprechenden Mengen als Ersatz für neue Rohstoffe ohne Qualitätsverluste wieder in die Produktion eingehen. Voraussetzung dafür ist ein geschlossener Waschkreislauf (wie wir ihn heute schon einsetzen) und die Beschränkung auf eine Farbe pro Waschmaschine.

Zusammenfassung und Fazit

Die Umsetzung eines Mehrweg-Rücknahme-Kreislaufsystems für Silikat-Wandfarben kann wie folgt zusammengefasst werden:

  • Es ist technisch möglich, fuktionierende Gebinde-Kandidaten sind auf dem Markt verfügbar.
  • Ein echtes Mehrwegsystem wäre ökologisch vorteilhaft mit einer CO2e-Footprint-Ersparnis von 80-90%.
  • Stabile HD-PE-Gebinde eignen sich (trotz ihreshöheren Herstellungsfootprints) aufgrund ihrer Langlebigkeit und Handhabbarkeit technisch zur Umsetzung.

Offen ist die Frage der Markteinführung und Kundenakzeptanz. Hier müssen weitere Untersuchungen folgen.

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