Circular economy of packaging aluminium : an analysis of the current practice and future potential

Abstract

Aluminium (Al) represents the metal with the highest consumption growth in the last few decades. Beside its increasing usage in the transport (lightweight construction of vehicles) and building sector, Al is used ever more frequently for household goods and packaging material, which represent a readily available source for secondary aluminum due to its short lifetime.This thesis investigates the extent to which this potential source for recycling of Al is already utilized in Austria and highlights areas for future improvements. Thereto a detailed material flow analysis for Al used in packaging & household non-packaging in 2013 was conducted (Paper 1). Around 3 kg/cap/a (25,000 tonnes) of Al packaging & household non-packaging arose as waste, whereof 39%, are recycled as secondary Al. 26% is regained from separate collection and sorting, 8% from bottom ash (BA) and 5% from mechanical treatment (MT) of mixed municipal solid waste (MSW). A significant amount of Al was lost during thermal waste treatment due to oxidation (10%) and insufficient recovery of Al from both waste incineration BA and mixed MSW treated in mechanical biological treatment plants (49%). Overall it can be concluded that once Al ends up in commingled waste the recovery of Al becomes less likely and its material quality is reduced. Therefore, collection and recovery systems need to increase their efforts to comply with future recycling targets.Within the Circular Economy Package of the EU, the recycling of Al packaging as a single fraction became a new obligation with mandatory recycling rates of 50% for 2025 and 60% for 2030. It was examined whether the agreed targets are reasonable and realistic within the EU Member States and especially in Austria. Furthermore, it was analyzed which recovery strategy or system (selective collection, deposit refund systems, informal collection, BA treatment or MT of mixed municipal solid waste (MMSW)) seems most promising in reaching targets as well as what the respective recycling rate in the different countries is. To this end, the management of Al packaging in 16 selected European countries, yielding results for 11 countries, were investigated (Paper 2). The results show that six out of 11 countries recycle at least 2/3 of the Al packaging from MSW and only two report very low recycling rates of 20%. The overall recycling rate reported by the different countries cannot be directly linked to the system of recovery. A direct comparison of the recycling rates within the EU Member States,6however, is problematic for several reasons, such as e.g. data are often differently or incorrectly assigned, incomplete or rely on estimations and assumptions.In a last step it was assessed if and which measures need to be taken to reach the future mandatory recycling rates for Al packaging and which costs arise from these measures. For the case study of Austria, the following measures of Al recovery, and combinations thereof, have been investigated: advanced BA treatment, material recovery facilities (MRF) for MMSW, and changes in the selective collection system (Paper 3). The results reveal that the present recycling rate of 55%1for Al packaging in Austria (2018) might be improved most significantly by MRF (up to 94%) and advanced BA treatment (up to 72%). If the only aim were to increase the recycling rates for Al packaging beyond the target of 60%, an improvement in the Al recovery rates from BA treatment would be sufficient. When it comes to increased recycling quantities for all recyclables, in particular plastics, the implementation of complex systems like MRF makes sense, even if this results in higher costs for Al recovery (increasing from today’s 480 to 640 €/t of recycled Al).

Aluminium (Al) ist das Metall mit dem höchsten Verbrauchswachstum in den letzten Jahrzehnten. Neben der zunehmenden Verwendung im Transport- (Leichtbau von Fahrzeugen) und Bausektor wird Al immer häufiger für Haushaltsgüter und Verpackungsmaterial verwendet, das aufgrund seiner kurzen Lebensdauer eine leicht verfügbare Quelle für Sekundär-Al darstellt.Die vorliegende Arbeit untersucht, inwieweit diese potentielle Quelle für das Recycling von Al in Österreich bereits genutzt wird und zeigt Bereiche für zukünftige Verbesserungen auf. Dazu wurde für das Jahr 2013 eine detaillierte Materialflussanalyse für Al in Verpackungen & Haushalts-Nichtverpackungen durchgeführt (Papier 1). Rund 2,96 kg pro Person per Jahr (25.100 t) Al-Verpackungen & Nichtverpackungen aus Haushalten fielen als Abfall an, wovon 39% als Sekundär-Al wiederverwertet werden. 26% werden aus der getrennten Sammlung und Sortierung zurückgewonnen, 8% aus der Schlackenaufbereitung und 5% aus der mechanischen Behandlung. Eine beträchtliche Menge Al geht bei der thermischen Abfallbehandlung aufgrund von Oxidation (10%) und durch unzureichende Rückgewinnung von Al sowohl aus der Schlackenaufbereitung nach der Abfallverbrennung als auch bei der Behandlung von Siedlungsabfall in mechanisch-biologischen Anlagen (49%) verloren. Insgesamt lässt sich feststellen, dass die Rückgewinnung und die Materialqualität von Al abnehmen, sobald Al in gemischtem Siedlungsabfall landet. Daher müssen Sammel- und Verwertungssysteme ihre Anstrengungen verstärken, um zukünftige Recyclingziele zu erfüllen.Im Rahmen des Kreislaufwirtschaftspakets der EU wurde das Recycling von Al-Verpackungen als separate Fraktion zu einer neuen Verpflichtung mit verbindlichen Recyclingraten von 50% für 2025 und 60% für 2030. Es wurde daher in dieser Arbeit untersucht, ob die vereinbarten Ziele in den EU-Mitgliedsstaaten und insbesondere in Österreich angemessen und realistisch sind. Weiters wurde analysiert, welche Verwertungsstrategie bzw. welches Verwertungssystem (getrennte Sammlung, Pfanderstattungssystem, informelle Sammlung, Schlackenaufbereitung oder mechanische Behandlung von gemischten Siedlungsabfällen) am erfolgversprechendsten erscheint, um die Ziele zu erreichen und wie die jeweilige Al-Recyclingrate in den verschiedenen Ländern ist. Zu diesem Zweck wurde das Management 8 von Al-Verpackungen in 16 ausgewählten Mitgliedsstaaten der EU untersucht, wobei Ergebnisse für 11 Länder vorliegen (Papier 2). Die Ergebnisse zeigen, dass sechs von 11 Ländern mindestens 2/3 der Al-Verpackungen aus festen Siedlungsabfällen recyceln und nur zwei Länder sehr niedrige Recyclingraten von 20% melden. Die Recyclingraten der verschiedenen Ländern lassen allerdings keine unmittelbaren Rückschlüsse über den Erfolg einzelner Sammlungs- und Rückgewinnungsstrategien (z.B. Pfandsystem, Separatsammlung, Schlackenaufbereitung) zu. Ein direkter Vergleich der Recyclingraten innerhalb der EU-Mitgliedstaaten ist zudem aus mehreren Gründen problematisch, weil die Daten teilweise unterschiedlich oder falsch zugeordnet, bzw. unvollständig sind oder auf Schätzungen und Annahmen beruhen.In einem letzten Schritt der Arbeit wurde abgeschätzt, ob und welche Maßnahmen im Einzelnen ergriffen werden können, um die zukünftigen verbindlichen Recyclingraten von 60% zu erreichen und welche Kosten durch diese Maßnahmen entstehen. Für das Fallbeispiel Österreich wurden die folgenden Maßnahmen der Al-Verwertung und Kombinationen davon untersucht: optimierte Schlackenaufbereitung, Materialrückgewinnungsanlagen (MRF) für gemischten Siedlungsabfall und Änderungen im System der separaten Sammlung (Papier 3). Die Ergebnisse zeigen, dass die derzeitige Recyclingrate von 55% für Al-Verpackungen in Österreich (2018) am deutlichsten durch MRF (bis zu 94%) und eine verbesserte Schlackenaufbereitung (bis zu 72%) erhöht werden könnte. Wenn das einzige Ziel lediglich darin besteht, die Recyclingraten für Al-Verpackungen auf die geforderten 60% zu erhöhen, wäre eine Verbesserung der Rückgewinnungsmengen von Al aus der Schlackenaufbereitung ausreichend und am kosteneffizientesten. Wenn es darum geht, die Recyclingraten für alle Wertstoffe, insbesondere Kunststoffe, zu erhöhen, ist die Einführung komplexer Systeme wie MRF sinnvoll, auch wenn dies zu höheren Kosten für die Al-Verwertung führt (Anstieg von heute 480 auf 640 €/t Al-Recycling).