Kaffeekapseln sind praktisch, ihre Umweltbilanz kann jedoch problematisch sein. In Österreich existiert ein Sammelsystem für gebrauchte Kapseln. Die Recyclingquote liegt aktuell bei etwa 30 Prozent. Schwierigkeiten bereitet vor allem der hohe Anteil an Kaffeesud im Verhältnis zum Aluminium, was den Schmelzprozess im Aluminiumwerk erschwert. Dies erhöht den ökonomischen sowie prozesstechnischen Aufwand.

Forschungsprojekt an der Montanuniversität Leoben

Ein Projekt am Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie entwickelt in Zusammenarbeit mit Industriepartnern einen Aufbereitungsprozess, der Aluminium aus gebrauchten Kaffeekapseln wieder nutzbar machen soll. Ziel ist es, Materialkreisläufe im Sinne eines Circular-Engineering-Ansatzes zu schließen.

„Das Aluminium aus solchen Kapseln ist sehr wertvoll und sollte im Sinne einer Kreislaufwirtschaft erhalten bleiben“, so Ass.-Prof. Dr. Eva Gerold, Forscherin am Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie an der Montanuniversität Leoben.

Ein Beispiel:

„Nespresso-Kapseln bestehen aus etwa 0,5 bis 1 Gramm Verpackungsmaterial, wobei Aluminium den Hauptbestandteil darstellt, und beinhalten eine Kaffeemenge von etwa 6 Gramm.“

Eine zentrale Herausforderung besteht darin, diese Bestandteile voneinander zu trennen und den Recyclingprozess effizient zu gestalten.

Anforderungen an Legierungen und Recycling

„Es gibt ein Sprichwort in der Metallurgie: Was einmal im Aluminium ist, bleibt im Aluminium. Das ist vor allem im Rahmen des Recyclings ein zentraler Punkt, da Aluminium in zahlreichen Legierungen existiert – jede mit spezifischen Eigenschaften je nach Anwendungsgebiet, etwa für Autotüren oder Kaffeekapseln. Erstere sollen stabil und formschön sein, deshalb kommen Legierungselemente wie Silizium, Zink oder Eisen zum Einsatz. Kaffeekapseln wiederum müssen dicht und sehr dünn und walzbar sein. Diese Anforderungen müssen nicht nur bei der Auswahl und Entwicklung der Legierung berücksichtigt werden, sondern auch beim anschließenden Recyclingprozess“, erklärte Gerold.

Unterschiede zwischen den Legierungen der Hersteller erschweren die Wiederverwertung, da nicht jede Mischung direkt recycelt werden kann. In vielen Fällen entstehen daraus Gusslegierungen, z.B. für Motorblöcke. Mit abnehmendem Bedarf in der Automobilindustrie sind alternative Verwertungsmöglichkeiten erforderlich. Die Forschung zielt darauf ab, Recyclingprozesse zu entwickeln, die unterschiedliche Legierungsgehalte tolerieren.

Aufbereitung der Kaffeekapseln

„In einem ersten Schritt werden die gebrauchten Kaffeekapseln geschreddert und der enthaltene Kaffee abgetrennt. Danach werden die Öle und Lacke auf den Kapseln entfernt. Sie enthalten organische Bestandteile, welche die Schmelze verunreinigen würden. Dieser Umwandlungsprozess funktioniert thermisch unter Sauerstoffausschluss – durch die Zuhilfenahme von z. B. Stickstoff. Die entstehenden Gase haben einen hohen Heizwert und werden, energetisch effizient, zur Beheizung des Schmelzofens verwendet“, so die Forscherin.

Um eine Oxidation aufgrund des hohen Oberflächenvolumens der Kapseln zu minimieren, werden sie vor dem Einschmelzen kompaktiert.

„Die Vormaterialien werden in sogenannten Zweikammeröfen zuerst abgeschwelt und ins Schmelzbad geschoben, um metallisches Aluminium zu erzeugen. Eine Salzbehandlung hilft zudem, Verunreinigungen zu entfernen und wieder eine verbesserte Zusammensetzung der Schmelze zu erhalten“, ergänzte Gerold.

In den weiteren Schritten werden kleine Aluminium-Barren hergestellt, die anschließend am lehrstuhlinternen Miniwalzgerüst zu Folien mit einer Enddicke von 0,1 mm gewalzt werden. Dies entspricht dem gewünschten Endmaterial.

Perspektiven für industrielle Nutzung

In einem weiteren Schritt könnten die Folien von Industriepartnern zu neuen Kaffeekapseln oder alternativen Produkten verarbeitet werden.

„Übrigens muss aus den recycelten Kaffeekapseln nicht zwingend wieder eine neue Kapsel entstehen, da je nach Bedarf und Legierungsanforderung daraus auch eine Getränkedose oder ein neuer Laptop entstehen kann“, sagte Gerold.

Damit wäre ein geschlossener Materialkreislauf denkbar, der den Aluminiumeinsatz effizienter gestaltet.