Neue Studie prüft Recyclinganteil in PET-Flaschen und -Gläsern präzise

Eine neue Studie zeigt, dass Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Anteil von recyceltem Kunststoff in einer fertigen Flasche oder einem Glas mit bemerkenswerter Genauigkeit bestimmen können.

Dieser Fortschritt könnte Angaben zum Recyclinganteil von bloßen Dokumentationsbehauptungen zu etwas machen, das Aufsichtsbehörden und Hersteller direkt am Produkt überprüfen können.

Verborgene Schäden sind entscheidend

Die ausschlaggebenden Hinweise in fertigen Kunststoffprodukten stecken in winzigen Schäden, die zurückbleiben, wenn Kunststoff eingeschmolzen und neu verarbeitet wird.

Amit Goyal von der University at Buffalo (UB) untersuchte Polyethylenterephthalat (PET), einen verbreiteten Kunststoff für Flaschen und Lebensmittelbehälter, und zeigte, dass sich anhand dieser Spuren der Anteil recycelten Materials erkennen lässt.

Nach dem Recycling wirkt der Kunststoff chemisch weiterhin vertraut. Deshalb sind die unsichtbaren Defekte wichtiger als sein äußeres Erscheinungsbild.

Diese im Materialinneren liegenden Veränderungen sind nicht eindeutig sichtbar, weshalb eine weitere Ebene von Nachweisen erforderlich ist.

Statische Aufladung in recyceltem Kunststoff

Zunächst beobachtete das Forschungsteam das triboelektrische Verhalten, also die statische Aufladung, die entsteht, wenn Kunststoffoberflächen während der Prüfung miteinander in Kontakt kommen.

Nach wiederholtem Schmelzen und Umformen hielt recyceltes PET diese Ladung länger fest, weil beschädigte Stellen sie einfingen, statt sie abklingen zu lassen.

Selbst bei zwei äußerlich gleichen Proben entlud sich die recycelte Mischung langsamer und machte damit Defekte sichtbar, die bei einer gewöhnlichen Prüfung verborgen blieben.

Für sich genommen konnte dieses statische Merkmal keinen exakten Prozentsatz bestimmen, doch für das kombinierte System war es ein wichtiger Ausgangspunkt.

Muster der Energieverluste

In einem zweiten Test legten die Forschenden ein elektrisches Feld an die Proben an und erfassten ihre dielektrische Reaktion, also die Art, wie sie Energie speichern.

Mit zunehmendem Recyclinganteil speicherte das Material weniger Energie und verlor mehr davon als Wärme. Das deutete auf eine gestörte innere Ordnung hin.

Unterbrochene Ketten, Oxidation und verbliebene Verunreinigungen veränderten die Ausrichtung der Ladungen im Kunststoff. Dadurch wurde das Signal schwächer und diffuser.

Dieses breitere Muster half dabei, Mischungen auseinanderzuhalten, die mit bloßem Auge ähnlich wirkten, und bereitete den anschließenden Zeittest vor.

Ladezeiten messen

Eine weitere Messung erfasste die Kapazität, also die Fähigkeit eines Materials, Ladung zu speichern, indem bestimmt wurde, wie schnell sich jede Probe auflud und entleerte.

Neues PET zeigte einen gleichmäßigen, stabilen Rhythmus. Recycelte Mischungen wichen davon zunehmend ab, weil Defekte den Transport der Ladung veränderten.

Störgeräusche machten dieses Signal weniger aussagekräftig als die anderen, dennoch registrierte es kleine elektrische Veränderungen, die relevant waren.

Zusammen mit den zuvor erhobenen Messwerten unterstützte diese Zeitmessung das Modell dabei, neues Material klarer von Mischmaterial zu unterscheiden.

Infrarotlicht und recycelte Kunststoffe

Infrarotlicht lieferte den deutlichsten chemischen Hinweis, indem es zeigte, an welchen Stellen bestimmte Bindungen über die Kunststoffoberfläche hinweg Energie aufnahmen.

Mehrere PET-Peaks wurden nach dem Recycling schwächer. Dies wies auf kürzere Polymerketten hin – lange, miteinander verbundene Moleküle, die zur Festigkeit von Kunststoff beitragen.

Da diese Methode überwiegend die äußere Schicht erfasst, könnte sie eine ungleichmäßige Durchmischung im Inneren eines dickeren Gegenstands übersehen.

Trotz dieser Einschränkung enthielt das chemische Signal genügend Details, um zum nützlichsten einzelnen Hinweis des Datensatzes zu werden.

Signale ergänzen sich

Keine einzelne Messung konnte den Recyclinganteil zuverlässig bestimmen. Daher nutzten die Forschenden maschinelles Lernen, also Software zur Erkennung von Mustern.

Indem alle vier Signale in ein Modell eingespeist wurden, konnte das System Ladeverhalten, Energieverluste, Zeitverlauf und Infrarotveränderungen gemeinsam bewerten.

Bei PET-Proben mit einem Anteil von null bis 50 Prozent recyceltem Material erreichte das System eine Effektivität von mehr als 97 Prozent.

Verwechslungen traten vor allem bei Mischungen mit hohem Recyclinganteil auf. Für einen breiteren Einsatz werden daher mehr Trainingsdaten aus komplexeren realen Produkten nötig sein.

Warum zunächst PET?

Das Team begann mit Polyethylenterephthalat, meist PET genannt, einem Kunststoff, der häufig für Getränkeflaschen und Erdnussbuttergläser verwendet wird.

Durch das Mischen von neuem und recyceltem Kunststoffgranulat in kontrollierten Anteilen kannten die Forschenden den tatsächlichen Prozentsatz jeder Probe.

Der Trainingsdatensatz stammte jedoch aus recyceltem PET aus gebrauchten Flaschen – nicht aus Textilien, Schalen oder gemischten Abfällen.

Dieser begrenzte Ausgangspunkt ordnet das Ergebnis realistisch ein und verdeutlicht, warum andere Kunststoffe neue Beispiele und ein erneutes Training benötigen werden.

Tragbare Kontrollen vor Ort

Derzeit beruht der Ansatz auf separaten Geräten und nicht auf einem handlichen Scanner, den Mitarbeitende in Fabriken oder Inspektoren mitführen könnten.

„Durch die Entwicklung eines solchen Geräts hoffen wir, eine breite Echtzeitüberwachung von recycelten Kunststoffen in kommerziellen Produkten zu ermöglichen“, sagte Goyal.

An einer Laderampe oder Produktionslinie eingesetzt, könnte ein solches Gerät Waren stichprobenartig prüfen, ohne sie auseinanderzuschneiden.

Schnellere Kontrollen würden zudem ehrlichen Herstellern helfen, ihre Recyclingangaben nachzuweisen, bevor Produkte das Werk verlassen oder in die Regale gelangen.

Zukunft recycelter Kunststoffe

Überprüfbarkeit ist wichtig, denn die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) schätzt, dass nur etwa 9 Prozent der Kunststoffabfälle recycelt werden.

Nachdem sich Verhandlungsführende im August 2025 in Genf getroffen hatten, arbeitete der Ausschuss der Vereinten Nationen weiter auf ein verbindliches Kunststoffabkommen hin.

„Unser Ziel ist es, ein schnelles und zuverlässiges Werkzeug zu entwickeln, mit dem sich der Anteil recycelter Materialien überprüfen und die Einhaltung von Recyclingvorschriften durchsetzen lässt“, sagte Goyal.

Ohne eine vertrauenswürdige Methode zur Prüfung fertiger Waren können Angaben zum Recyclinganteil von messbaren Fakten zu bloßer Marketingsprache werden.

Verborgener elektrischer Verschleiß und geringe chemische Veränderungen verschafften diesem System einen Fingerabdruck, den eine herkömmliche Prüfung niemals liefern könnte.

Wenn es dem Team gelingt, die Hardware zu verkleinern und mit mehr Kunststoffarten zu trainieren, könnten Recyclingangaben zu etwas werden, das jede und jeder überprüfen kann.