Circular plastic packaging for food applications

Abstract

Food packaging is in a phase of extensive redesign, based on demands to improve its ecological performance. To this end, technical and non-technical design aspects, such as packaging functions and criteria related to sustainability are widely reevaluated. Throughout the packaging branch, continuous improvement of designs was a steady goal and as such, visible in developments like lightweight solutions. However, the requirements for design have reached higher complexity: The criteria for sustainable packaging (circularity, effectivity, efficiency, safety) gained importance, coming along with potential trade-offs between these criteria and / or basic packaging functions (protection,containment, communication, convenience). Next to that, circularity is given the spotlight in the branch, often referring to designs that are considered recyclable. Existing packaging solutions are differently hit by these circumstances. Some fit the current understanding of what is important for future designs, while others receive pressure towards change. A multitude of global actions took up the topic of future proof designs of products and processes (e.g. UN Sustainable Development Goals, European Union's Green Deal etc.) and research engages in multiple prevailing challenges in this regard. In this work, one finds different subtopics regarding packaging redesign, considered important in the scientific community, i.a. the innovation of multilayer flexibles, the evaluation of design aspects in underrepresented food groups such as cereal and confectionery, the analysis of related life cycle assessments and the development of improvement strategies, as well as the inclusion and empowerment of consumers for better packaging design. To draw a picture on how far sustainable design is already implemented in food packaging solutions, we undertook literature and market analyses, evaluated products in comparison to longtime given as well as future design goals and identified possible improvements that did not reach products and processes yet. Main outcomes include the identification of a vast potential to improve material efficiencies in marketed products,visible in broad ranges of product-to-packaging ratios within comparable food products, the compilation of the technical consensus on material selections for recyclable design in barrier flexibles, the development of improvement strategies in packaging design for cereals and confectionary, strategies for improved integration of packaging into related life cycle assessments as well as the development of strategies and tools to include consumer perspectives into technical and non-technical design aspects. Up to now, different small-scale solutions are visible in marketed products. The interdisciplinary nature of the field and a top-down goal, circularity, seem to lead to a variety of bottom-up strategies. Design changes overall seem insufficient considering other known possibilities that could already be implemented in packaging solutions. A recently presented proposal (November 2022) to substantially change the packaging and packaging waste directive reinforces this impression but inherits long sought chances to overcome persistent obstacles.

Lebensmittelverpackungen befinden sich in einer Phase umfassender Neugestaltung, basierend auf Forderungen, ihre ökologische Performance zu verbessern. Technische und nicht-technische Designaspekte von Verpackungsfunktionen und Nachhaltigkeitskriterien werden zu diesem Zweck weitgehend reevaluiert. In der gesamten Verpackungsbranche war die kontinuierliche Verbesserung von Designs ein stetiges Ziel und als solches in Entwicklungen wie etwa effizienten, leichten Verpackungen sichtbar. Die Anforderungen an das Design sind aber komplexer geworden: Kriterien für nachhaltige Verpackungen (Zirkularität, Effektivität, Effizienz, Sicherheit) haben an Bedeutung gewonnen, sind von potenziellen Zielkonflikten zwischen den Kriterien selbst und / oder grundlegenden Verpackungsfunktionen (Schutz, Behältnis, Kommunikation, Convenience) begleitet. Zusätzlich wird der Zirkularität ein Platz im Rampenlicht eingeräumt, vor allem in Bezug auf Designs, die als recycelbar gelten. Bestehende Verpackungslösungen sind unterschiedlich von diesen Umständen betroffen. Einige entsprechen dem aktuellen Verständnis dessen, was für zukünftige Designs als wichtig erachtet wird, während anderen Druck in Richtung Veränderung entgegengebracht wird. Eine Vielzahl internationaler Handlungsempfehlungen hat das Thema des zukunftstauglichen Designs von Produkten und Prozessen aufgegriffen (z.B. UN Sustainable Development Goals, Green Deal der Europäischen Union etc.). Die wissenschaftliche und industrielle Forschung widmet sich in diesem Zusammenhang zahlreichen aktuellen Herausforderungen. Diese Arbeit umfasst mehrere, weithin als wichtig erachtete Unterthemen bezüglich der Neugestaltung von Verpackungen, u.a. die Innovation mehrschichtiger flexibler Verpackungen, die Bewertung von Verpackungsdesigns in Lebensmittelgruppen wie Cerealien und Süßwaren, die Analyse entsprechender Ökobilanzen und die Entwicklung von Verbesserungsstrategien sowie die Integration und Stärkung der Verbraucher*Innen. Um zu eruieren, inwiefern Neudesign bereits in Lebensmittelverpackungen umgesetzt ist, wurden Literatur- und Marktanalysen durchgeführt, Produkte im Vergleich zu bestehenden sowie zukünftigen Designzielen bewertet und Möglichkeiten zur Verbesserung identifiziert, die sich noch nicht in Produkten und Prozessen widerspiegeln. Zu den Ergebnissen gehören die Identifikation von Ineffizienzen in vermarkteten Produkten, unter anderem sichtbar im breiten Spektrum von product-to-packaging ratios, die Ausarbeitung des technischen Konsenses zur Materialauswahl für recyclingfähiges Design flexibler Barriereverpackungen, die Entwicklung von Verbesserungsstrategien für Cerealien- und Süßwarenverpackungen, Strategien zur verbesserten Integration von Verpackungen in Ökobilanzen sowie die Entwicklung und Anwendung von Strategien und Werkzeugen zur verbesserten Einbeziehung der Verbraucher*Innen-Perspektive in technisches und nicht-technisches Verpackungsdesign. In vermarkteten Produkten sind kleinteilige Lösungsansätze erkennbar. Die Interdisziplinarität des Fachs und ein top-down Ziel, Zirkularität, tragen zur Vielzahl an bottom-up Strategien bei. Bisher sichtbare Designänderungen erscheinen angesichts weiterer bekannter Möglichkeiten, die bereits umgesetzt werden könnten, oft unzureichend. Eine erst kürzlich (November 2022) vorgestellte, vorgeschlagene weitreichende Veränderung der Gesetzgebung rund um die Verpackungs- und Verpackungsabfallrichtlinine untermauert diesen Eindruck. Dieser Vorschlag bringt langersehnte Chancen, hartnäckige Hürden in der Gestaltung nachhaltiger Verpackungen zu überwinden.