Hintergrund
Mehr Kreislauf, weniger Müll: Das steckt hinter Kunststoff-Recycling
von Coya Vallejo Hägi
Papier schweißen statt kleben: Wie Laser die Verpackungsindustrie revolutionieren
9-3-2026
Papierverpackungen gelten als recyclingfreundlich. Doch ausgerechnet ihr Verschluss ist ein Problem. Klebstoffe und Beschichtungen erschweren das Recycling. Ein neues Laser-Verfahren soll diese Zusatzstoffe überflüssig machen.
Jede Cornflakes-Schachtel, jede Papiertüte, jeder Pappbecher trägt ein verstecktes Problem in sich: Klebstoffe oder Kunststoffschichten sind nötig, um sie zu verschließen. Das klingt nach einer Kleinigkeit, ist aber eine echte Herausforderung beim Recycling. Diese Zusatzstoffe verunreinigen das Papier, erschweren den Recyclingprozess und mindern die Qualität des Recyclingmaterials. Damit ist der Vorteil von hoher Recyclingquote, geringeren CO2-Emissionen und niedrigen Entsorgungskosten praktisch futsch.
Wie groß ist das Problem in der Verpackungsindustrie?
Tatsächlich betrifft dieses Problem einen großen Teil des Marktes: Papier und Karton sind heute die mengenmäßig wichtigsten Verpackungsmaterialien in Europa. Insbesondere bei Lebensmitteln und im Versand machen sie rund 40 bis 45 Prozent aller Verpackungen aus. Die verbleibenden 55 bis 60 Prozent des europäischen Verpackungsmarktes bestehen vorwiegend aus Kunststoffen (35 bis 40 Prozent), Metallverpackungen (8 bis 10 Prozent), Glas (5 bis 7 Prozent) sowie Holzverpackungen (3 bis 5 Prozent).
Viele dieser Produkte, von Faltschachteln bis zu Snack- oder Mehlbeuteln, werden mit Klebstoffen oder Kunststoffbarrieren verschlossen. Obwohl diese Fremdstoffe oft nur wenige Prozent der Gesamtmasse ausmachen, verursachen sie im Papierrecycling überproportional große Schwierigkeiten. Weil sie sich nicht vollständig aus den Fasern entfernen lassen, mindern sie somit die Qualität des Recyclingmaterials.
Das Forschungsprojekt «Papure»
Vier Fraunhofer-Institute wollen dieses Problem ändern. Im Forschungsprojekt «Papure» arbeiten die Institute für Angewandte Polymerforschung (IAP), Werkstoff- und Strahltechnik (IWS), Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) und Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) gemeinsam an einem Verfahren, das komplett ohne Klebstoff, Kunststoff oder sonstige Fremdstoffe auskommt. Der entscheidende Baustein: ein Kohlenstoffmonoxid(CO)-Laser.
Der Laser erzeugt seinen eigenen Klebstoff
Der CO‑Laser arbeitet im mittleren Infrarotbereich, dessen Wellenlänge besonders gut von organischen Papierfasern absorbiert wird. Dadurch erwärmt er die Oberfläche extrem schnell und lokal, ohne das Material zu beschädigen.
Durch die Bestrahlung von Papier mit einem Kohlenstoffmonoxid-Laser lassen sich schmelzfähige Reaktionsprodukte erzeugen, die Papierlagen stoffschlüssig, also nicht nur haftend, sondern durch Verschmelzen des Materials, miteinander verbinden. Der Clou liegt in der Physik des Materials selbst: Papier besteht hauptsächlich aus den pflanzlichen Fasern Cellulose, Hemicellulose und Lignin.
Quelle: Fraunhofer IVV
Wenn der CO-Laser die Papieroberfläche schlagartig erwärmt, wandeln sich diese Hauptbestandteile kontrolliert in kurzkettige Verbindungen um. Diese aufschmelzbaren Spaltprodukte verbleiben auf der Oberfläche und ermöglichen erst das klebstofffreie Fügen.
Wir erzeugen quasi unseren eigenen Klebstoff in Form der Spaltprodukte.
Die erzeugten Verbindungen sind zuckerartig und klebrig und beim anschließenden Heißsiegeln wieder aktivierbar. Der Prozess läuft zweistufig ab: Der Laser erzeugt zunächst die schmelzfähigen Spaltprodukte, und beim späteren Heißsiegeln werden sie erneut erwärmt und verbinden die Papierlagen dauerhaft.
Der neue Ansatz besteht darin, das Papier mit dem CO-Laser zu bestrahlen und auf diese Weise wiederaufschmelzbare zuckerartige Spaltprodukte zu erzeugen, die anstelle der sonst benötigten Kunst- oder Klebstoffe zum Fügen des Papiers genutzt werden. Das Papier bringt seinen Klebstoff also selbst mit und verliert ihn nach dem Recycling auch wieder vollständig.
Vier Institute, ein Prozess
Das Projekt ist arbeitsteilig aufgebaut. Der erste Schritt ist die Materialauswahl. Rund drei Dutzend Papiersorten stehen zur Auswahl. Ein besonderes Augenmerk liegt darauf, die Hemicellulose-, Cellulose- und Ligninanteile der Papiere zu identifizieren, da diese die Klebeeigenschaften der Materialien sowie die Menge und Zusammensetzung der entstehenden Spaltprodukte beeinflussen.
Ein zu hoher Anteil an anorganischen Verbindungen wie Talkum und Calciumcarbonat wirkt sich negativ auf die Klebeeigenschaften und die Haftfestigkeit der Fügenähte aus, wie Dr. Robert Protz vom Fraunhofer IAP erklärt. Dickere Papiere – etwa solche für Einweg-Pappbecher oder andere Lebensmittelverpackungen – eignen sich dagegen besonders gut.
Die Anlage in Dresden
Am IWU entsteht eine modulare, papierverarbeitende Fertigungsanlage im Labormaßstab.
Quelle: Fraunhofer IVV
In die Anlage sind ein Lasermodul und ein kombiniertes Siegel- und Stanzwerkzeug integriert. Die kontinuierlich zugeführte Papierbahn wird zunächst mit dem CO-Laser behandelt, anschließend mit einer zweiten Bahn zusammengeführt, im Heißsiegelverfahren mit vier Nähten gefügt und zur Beutelgeometrie ausgestanzt.
Quelle: Fraunhofer IVV
Quelle: Fraunhofer IVV
Das Ziel ist ambitioniert, aber greifbar: Zum Projektende im September 2026 soll die Laboranlage zehn Verpackungen pro Minute produzieren. Die angestrebte Nahtfestigkeit geht dabei sogar über das Papier selbst hinaus. Die Siegelnaht soll stabiler sein als das Material drumherum.
Was das Verfahren noch beweisen muss
Offen ist derzeit, wie gut das Verfahren mit beschichteten oder stark mineralhaltigen Papieren funktioniert. Beide sind im Verpackungsmarkt weitverbreitet. Auch die Beständigkeit der Siegelnähte bei Feuchtigkeit, Fett oder niedrigen Temperaturen muss sich erst unter realen Bedingungen beweisen.
Entscheidend wird zudem sein, ob der Prozess langfristig die hohen Taktgeschwindigkeiten industrieller Verpackungslinien erreicht, die heute teils mehrere Hundert Einheiten pro Minute leisten.
Bereit für die Industrie
Trotz dieser offenen Fragen ist das Verfahren von Anfang an auf industrielle Praxistauglichkeit ausgelegt. Das «Papure»-System lässt sich als Modulerweiterung in bestehende Produktionslinien nachrüsten.
In einem nächsten Schritt wollen die Projektpartner gemeinsam mit Unternehmen aus der Verpackungs‑ und Lebensmittelindustrie prüfen, wie sich die Laborergebnisse auf Großserienprozesse übertragen lassen. Um das Verfahren in Richtung Serienreife zu bewegen, sollen auch Papierhersteller und Maschinenbauer eingebunden werden.
Titelbild: Fraunhofer IVV
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