In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Mehrwegsystemkonzepte in der Gastronomie vorgestellt. Mithilfe einer Umfrage und Verpackungsprüfungen der Wärmeabgabe und -speicherung sowie Dichtheitsprüfungen werden theoretische als auch praktische Erkenntnisse gezogen. Die Ergebnisse dieser Arbeit können von Gastronom:innen genutzt werden, um die Auswahl eines zu ihnen passenden Systems zu erleichtern, indem sie die nutzerfreundlichsten und beliebtesten Systeme und Produkte anhand der Umfrage und den Verpackungsprüfungen aufzeigen.:Bibliografischer Nachweis Inhaltsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1. Einleitung 2. Theoretische Grundlagen 2.1. Gesetzliche Vorschriften 2.2. Grauzonen in der Gesetzgebung 2.3. Voraussetzungen im Betrieb für das Anbieten einer Mehrweglösung 2.4. Mehrwegsystemkonzepte 2.4.1. Bring-your-own-System 2.4.2. Inselsysteme 2.4.3. Poolsysteme 2.4.4. Verbundsystem 2.5. Mehrwegsysteme in Deutschland 2.5.1. Inselsystemanbieter 2.5.1.1. City Cup Aalen 2.5.1.2. Bleib deinem Becher treu 2.5.1.3. Hannoccino 2.5.2. Poolsystemanbieter 2.5.2.1. Tiffin Loop 2.5.2.2. Vytal 2.5.2.3. Relevo 2.5.2.4. CUNA 2.5.2.5. reCIRCLE 2.5.2.6. RECUP 2.5.2.7. FairCup 2.5.2.8. Sykell 2.5.3. Verbundsystemanbieter 2.5.3.1. Tchibo 2.5.3.2. McDonald’s 3. Methodisches Vorgehen 3.1. Umfrage „Mehrwegsysteme für Takeaway-Verpackungen in der Gastronomie' 3.2. Verpackungsprüfungen 3.2.1. Dichtheitsprüfungen 3.2.2. Wärmeabgabe und Wärmespeicherung 4. Beurteilung und Interpretation der Ergebnisse 5. Fazit und Ausblick Literaturverzeichnis Unterschriebene Selbstständigkeitserklärung Anhang

Der Herstellung von Kunststoffen, deren Weiterverarbeitung zu Halbzeugen wie Folien und Platten sowie Produkten wie Verpackungen oder Bauteilen wird in der deutschen Industrie, nicht zuletzt aufgrund der hohen Exportquoten, eine große Bedeutung zugesprochen [STAT2016]. Dabei müssen Halbzeugprodukte immer höheren Funktionsanforderungen bei zugleich geringerem Rohstoffeinsatz gerecht werden [DAUN2014]. Unter diesem Gesichtspunkt werden heute hohe Anforderungen an eine stabile Prozessführung mit zunehmend weniger Toleranz gegenüber Qualitätsschwankungen (z.B. fehlerhafte Druckbilder oder Siegelnähte) bei der Verarbeitung gestellt [VÄTH2011]. [... aus der Einleitung]

Der Herstellung von Kunststoffen, deren Weiterverarbeitung zu Halbzeugen wie Folien und Platten sowie Produkten wie Verpackungen oder Bauteilen wird in der deutschen Industrie, nicht zuletzt aufgrund der hohen Exportquoten, eine große Bedeutung zugesprochen [STAT2016]. Dabei müssen Halbzeugprodukte immer höheren Funktionsanforderungen bei zugleich geringerem Rohstoffeinsatz gerecht werden [DAUN2014]. Unter diesem Gesichtspunkt werden heute hohe Anforderungen an eine stabile Prozessführung mit zunehmend weniger Toleranz gegenüber Qualitätsschwankungen (z.B. fehlerhafte Druckbilder oder Siegelnähte) bei der Verarbeitung gestellt [VÄTH2011]. [... aus der Einleitung]

The contamination of foods with hydrocarbon mixtures migrating from food contact materials (FCM) was first observed for jute and sisal bags treated with batching oil in the 1990s. Since the millennium, the focus has shifted to printing inks and recycled cardboard packaging as most recognized sources for hydrocarbon contamination from FCM. Mineral oil containing printing inks can either release hydrocarbons directly from the printing of folding boxes into food or indirectly entering the recycling chain of cardboard material by printed products, such as newspapers. The contamination of dry foods with mineral oil hydrocarbons (MOH) from recycled fiber packaging has been reported to reach up to 100 mg/kg [1]. Using LC-GC-FID technique the MOH were categorized into mineral oil saturated hydrocarbons (MOSH) and mineral oil aromatic hydrocarbons (MOAH). The molecular mass, which is assumed to be toxicological relevant, is derived from the GC retention times of accumulated MOSH in human tissues and is limited to n C16 to n-C35 [2]. MOSH is the most significant contaminant of the human body reaching 1-10 g per person, which is of particular concern since a formation of microgranulomas (causing inflammatory reactions) in the liver was observed in rats fed with saturated hydrocarbons [3]. Furthermore, some MOAH are assumed to be genotoxic analogous to polycyclic aromatic hydrocarbons [3]. In the latest draft of a German ‘Mineral Oil Regulation’ the following limits for the migration of MOH from recycled fiber are proposed: for MOSH C16-20 4.0 mg/kg, MOSH C21-35 2.0 mg/kg and for MOAH 0.5 mg per kg food [4]. Functional barriers reducing the migration of undesirable compounds from recycled cardboards (such as MOH and other contaminants) could be a part of the solution for this issue. Supporting that approach in this study, the boxes of recycled cardboard featuring a barrier layer on the internal surface or an integrated adsorbent available early in 2014 were investigated for their efficiency in reducing migration of mineral oil hydrocarbons into dry food. A practice-oriented one-year storage test was performed with wheat flakes in seven configurations: a box of virgin fibers, two boxes of unprotected recycled cardboard, three cardboards with barrier layers (a flexo-printed polyacrylate layer, a polyvinyl alcohol coating and a multilayer involving polyester) and a cardboard containing activated carbon. The highest migration of MOH (C16-24) was observed in the boxes of unprotected recycled cardboard (MOSH: 11.4 mg/kg, MOAH: 2.4 mg/kg). Of the three investigated barrier layers only two reduced migration of MOH into food below the limits of the 3rd draft of the German mineral oil ordinance (2014) until the end of shelf life. The cardboard box involving active carbon as adsorbent prevented detectable migration of mineral oil hydrocarbons (<0.1 mg/kg). In the case of virgin fiber, which was virtually free of MOH (<1 mg/kg), migration close to the proposed limits was detected (C16-24, MOSH: 1.5 mg/kg, MOAH: 0.4 mg/kg). Therefore, it has been proven that the transport box (corrugated board) substantially contributed to the transfer of MOH into food. Plastic FCM can also release hydrocarbons, such as polyolefin oligomeric hydrocarbons (POH), into food. These POH are of synthetic nature and are formed during the polymerization process of polyolefins (150 – 3000 mg/kg in granulates of homo/hetero polymers involving ethylene and propylene). This group of synthetic contaminants contain also saturated hydrocarbons (POSH) analogous to mineral oils, but contrary no aromatic hydrocarbons. Further, a significant amount (10 – 50%) of monounsaturated hydrocarbons (POMH) was determined in the oligomeric fraction of polyolefins, which are not detectable in mineral oil products. Therefore, these POMH can be used as a marker for POH migration. A method based on two-dimensional high performance liquid chromatography on-line coupled to gas chromatography (on-line HPLC-HPLC-GC) was developed to enable the separate analysis of saturated, monounsaturated and aromatic hydrocarbons in extracts of packaging materials like polyolefins or paperboard and foods, repectively. It is an extension of the HPLC-GC method for MOSH and MOAH [1] using an additional argentation HPLC column, since normal-phase HPLC on silica gel did not preseparate saturated from monounsaturated hydrocarbons. Further, this method and comprehensive two-dimensional GC (GCxGC) was used to investigate the concentration of different oligomer types in polypropylene (PP) and polyethylene (PE) based sealing layers as well as their corresponding granulates. The analyzed sealing layers contained 180-995 mg/kg POSH and 90-435 mg/kg POMH (C16-35). Only in sealing layers involving low-density PE, oxidized polyolefin oligomers as well as cyclic oligomers (alkylated cyclopentanes and hexanes) have been detected. The transfer of POH (C16-35) from the investigated sealing layers into food can be substantial (>50%) and can reach more than 2 mg per kg food. The level of contamination depends on the oligomer content of the sealing layer, the fat content of the food, the processing temperature and the surface-volume ratio. Hot melt adhesives are widely utilized to glue cardboard boxes used as food packaging material. The analysed raw materials of hot melts mainly consisted of paraffinic waxes, hydrocarbon resins and polyolefins. The hydrocarbon resins, functioning as tackifiers, were the predominant source of hydrocarbons of sufficient volatility to migrate via gaseous phase into dry foods. The 18 hydrocarbon resins analyzed contained 8.2-118 g/kg saturated and up to 59 g/kg aromatic hydrocarbons (C16-24). These synthetic tackfier resins, especially the oligomers ≤C24, have been characterized structurally and migration into food was estimated using a food simulant and by the analysis of real food samples. About 0.5-1.5 % of the potentially migrating substances (C16 24) of a hot melt were found to be transferred into food under storage conditions, which can result in a food contamination of approximately 1 mg/kg food in this case. The order of magnitude depends on the absolute amount of potentially migrating substances from the hot melt, the hot melt surface, contact time, amount and type of foods.

The contamination of foods with hydrocarbon mixtures migrating from food contact materials (FCM) was first observed for jute and sisal bags treated with batching oil in the 1990s. Since the millennium, the focus has shifted to printing inks and recycled cardboard packaging as most recognized sources for hydrocarbon contamination from FCM. Mineral oil containing printing inks can either release hydrocarbons directly from the printing of folding boxes into food or indirectly entering the recycling chain of cardboard material by printed products, such as newspapers. The contamination of dry foods with mineral oil hydrocarbons (MOH) from recycled fiber packaging has been reported to reach up to 100 mg/kg [1]. Using LC-GC-FID technique the MOH were categorized into mineral oil saturated hydrocarbons (MOSH) and mineral oil aromatic hydrocarbons (MOAH). The molecular mass, which is assumed to be toxicological relevant, is derived from the GC retention times of accumulated MOSH in human tissues and is limited to n C16 to n-C35 [2]. MOSH is the most significant contaminant of the human body reaching 1-10 g per person, which is of particular concern since a formation of microgranulomas (causing inflammatory reactions) in the liver was observed in rats fed with saturated hydrocarbons [3]. Furthermore, some MOAH are assumed to be genotoxic analogous to polycyclic aromatic hydrocarbons [3]. In the latest draft of a German ‘Mineral Oil Regulation’ the following limits for the migration of MOH from recycled fiber are proposed: for MOSH C16-20 4.0 mg/kg, MOSH C21-35 2.0 mg/kg and for MOAH 0.5 mg per kg food [4]. Functional barriers reducing the migration of undesirable compounds from recycled cardboards (such as MOH and other contaminants) could be a part of the solution for this issue. Supporting that approach in this study, the boxes of recycled cardboard featuring a barrier layer on the internal surface or an integrated adsorbent available early in 2014 were investigated for their efficiency in reducing migration of mineral oil hydrocarbons into dry food. A practice-oriented one-year storage test was performed with wheat flakes in seven configurations: a box of virgin fibers, two boxes of unprotected recycled cardboard, three cardboards with barrier layers (a flexo-printed polyacrylate layer, a polyvinyl alcohol coating and a multilayer involving polyester) and a cardboard containing activated carbon. The highest migration of MOH (C16-24) was observed in the boxes of unprotected recycled cardboard (MOSH: 11.4 mg/kg, MOAH: 2.4 mg/kg). Of the three investigated barrier layers only two reduced migration of MOH into food below the limits of the 3rd draft of the German mineral oil ordinance (2014) until the end of shelf life. The cardboard box involving active carbon as adsorbent prevented detectable migration of mineral oil hydrocarbons (<0.1 mg/kg). In the case of virgin fiber, which was virtually free of MOH (<1 mg/kg), migration close to the proposed limits was detected (C16-24, MOSH: 1.5 mg/kg, MOAH: 0.4 mg/kg). Therefore, it has been proven that the transport box (corrugated board) substantially contributed to the transfer of MOH into food. Plastic FCM can also release hydrocarbons, such as polyolefin oligomeric hydrocarbons (POH), into food. These POH are of synthetic nature and are formed during the polymerization process of polyolefins (150 – 3000 mg/kg in granulates of homo/hetero polymers involving ethylene and propylene). This group of synthetic contaminants contain also saturated hydrocarbons (POSH) analogous to mineral oils, but contrary no aromatic hydrocarbons. Further, a significant amount (10 – 50%) of monounsaturated hydrocarbons (POMH) was determined in the oligomeric fraction of polyolefins, which are not detectable in mineral oil products. Therefore, these POMH can be used as a marker for POH migration. A method based on two-dimensional high performance liquid chromatography on-line coupled to gas chromatography (on-line HPLC-HPLC-GC) was developed to enable the separate analysis of saturated, monounsaturated and aromatic hydrocarbons in extracts of packaging materials like polyolefins or paperboard and foods, repectively. It is an extension of the HPLC-GC method for MOSH and MOAH [1] using an additional argentation HPLC column, since normal-phase HPLC on silica gel did not preseparate saturated from monounsaturated hydrocarbons. Further, this method and comprehensive two-dimensional GC (GCxGC) was used to investigate the concentration of different oligomer types in polypropylene (PP) and polyethylene (PE) based sealing layers as well as their corresponding granulates. The analyzed sealing layers contained 180-995 mg/kg POSH and 90-435 mg/kg POMH (C16-35). Only in sealing layers involving low-density PE, oxidized polyolefin oligomers as well as cyclic oligomers (alkylated cyclopentanes and hexanes) have been detected. The transfer of POH (C16-35) from the investigated sealing layers into food can be substantial (>50%) and can reach more than 2 mg per kg food. The level of contamination depends on the oligomer content of the sealing layer, the fat content of the food, the processing temperature and the surface-volume ratio. Hot melt adhesives are widely utilized to glue cardboard boxes used as food packaging material. The analysed raw materials of hot melts mainly consisted of paraffinic waxes, hydrocarbon resins and polyolefins. The hydrocarbon resins, functioning as tackifiers, were the predominant source of hydrocarbons of sufficient volatility to migrate via gaseous phase into dry foods. The 18 hydrocarbon resins analyzed contained 8.2-118 g/kg saturated and up to 59 g/kg aromatic hydrocarbons (C16-24). These synthetic tackfier resins, especially the oligomers ≤C24, have been characterized structurally and migration into food was estimated using a food simulant and by the analysis of real food samples. About 0.5-1.5 % of the potentially migrating substances (C16 24) of a hot melt were found to be transferred into food under storage conditions, which can result in a food contamination of approximately 1 mg/kg food in this case. The order of magnitude depends on the absolute amount of potentially migrating substances from the hot melt, the hot melt surface, contact time, amount and type of foods.

Das Recycling von post-consumer-Leichtverpackungs(LVP)-Abfällen ist ein in Deutschland flächendeckendes und komplexes System, welches die Abfallwirtschaft vor eine Vielzahl von Herausforderungen stellt. Beispiele sind zum einen das deutsche Verpackungsgesetz und die damit verbundene Erhöhung der Recyclingquoten für Kunststoffverpackungen von zuvor 58,5 Gew.-% auf aktuell 63,0 Gew.-%. Zum anderen die Änderung der Berechnungsregeln der Recyclingquoten für Kunststoffverpackungen, welche in Deutschland zu einem Rückgang der Recyclingquote von Kunststoffverpackungsabfällen von derzeit 60,4 Gew.-% (alte Berechnungsmethode) auf 48,1 Gew-% (neue Berechnungsmethode) führt. Diese gilt es zu über-kommen, um das übergeordnete Ziel einer Kreislaufwirtschaft zu erreichen. Technologische Innovationen stellen eine vielversprechende Option bei der Erreichung dieser Ziele dar. Grundsätzlich sind diese jedoch auf große und präzise Datenmengen des LVP-Abfallstroms angewiesen. Öffentliche Daten zum Entsorgungsverhalten der Verbraucher und Analysen von LVP-Abfällen aus deutschen Haushalten, die über reine Masseanteile z. B. der Polymer-arten (z. B. PE, PP, PET) im LVP-Strom hinausgehen, sind nur begrenzt vorhanden. Relevante Daten zu Verpackungs- und Verschlussart, Verpackungsgeometrien oder -farben bis hin zu Füllgütern spielen jedoch eine wesentliche Rolle, um die Leistungsfähigkeit der Kreislaufwirtschaft zu verbessern. Diese Dissertation zielt daher darauf ab, eine Tiefencharakterisierung von LVP-Abfällen aus deutschen Haushalten durchzuführen. Zur Erfassung einer möglichst repräsentativen LVP-Probe wurde im Zeitraum von Juni bis November 2019 in insgesamt 249 ausgewählten deutschen Haushalten eine zweiwöchige Sammlung aller in diesen Haushalten anfallenden LVP durchgeführt. Zudem beantworteten die Studienteilnehmer Fragen zu sozio-demografischen Daten (z. B. Alter, Geschlecht, Haushaltsgröße), deren Reduktions- und Vermeidungsverhalten von Verkaufsverpackungen und dem lokal vorliegenden Sammelsystem (z. B. gelbe Tonne, gelber Sack). Insgesamt wurde eine Gesamtmasse von 254 kg gesammelt. Aus diesem Ausgangsmaterial wurden 207 kg bzw. 21.380 LVP einer eingehenden Charakterisierung z. B. hinsichtlich der Kategorien Ver-packungstyp (z. B. Schale, Flasche), Etikettentyp (z. B. direktbedruckt, Banderole), Ver-schlusstyp (z. B. Hotmelt, Schraubverschluss), Transluzenz (z. B. Transparent, Opak), Masse und Maße mit einer Identifikationsquote von 100 % unterzogen. Der Füllguttyp (z. B. Lebensmittel, Hygieneprodukte) konnte von 87 % der Verpackungen identifiziert werden. Die verwendeten Werkstoffe (z. B. PP, PET) der Verpackungen konnten unter Berücksichtigung der auf den Verpackungen befindlichen Recyclingcodes und der Durchführung von FTIR-ATR-Messungen der Außen- und Innenseite von ca. 97 % der Verpackungen identifiziert werden. Aus abfallwirtschaftlicher Perspektive wurde mit der hier vorgelegten Arbeit eine 'Inputanalyse' im Sinne des in die abfallwirtschaftlichen Prozesse eintretenden LVP-Stromes aus Privathaushaltungen durchgeführt. Ein Vergleich der Werkstoff-Massenanteile dieser Sortierstudie (Inputanalyse) mit Studien zur Kunststoffproduktion und zum Sortieranlagen-Output zeigt eine gute Übereinstimmung. Im Rahmen der hier vorgelegten Arbeit konnte ein Anteil an Multilayer-Verpackungen von 33 Gew.-% im LVP-Strom, mithilfe von FTIR-ATR-Messungen der Außen- und Innenseite der Verpackungen und des Recyclingcodes auf den Verpackungen, identifiziert werden. Der Multilayer-Anteil stellt durch seine Materialmischung aus Sicht der Kreislaufwirtschaft eine besondere Herausforderung dar. Infolgedessen wurden 296 ausgewählte Multilayer-Verpackungen hinsichtlich Werkstoffanteil (Kunststoffe, Metalle, Papier/Kartonagen), Ver-packungstyp, Lagerbedingungen (z. B. Kühlschrank, Raumtemperatur) und Verpackungsinhalt analysiert. Zusätzlich führten mikroskopische Analysen des Aufbaus der Multilayer-Verpackungen zur Ermittlung der Schichtdicke und -anzahl. Innerhalb der 296 Multilayer-Verpackungen konnten 13 polymere Verbundtypen festgestellt werden. Teils wurde für die Erfüllung gleicher Verpackungsaufgaben unterschiedliche Verpackungslösung verwendet, da die Verpackungshersteller bei der Verpackungsgestaltung und Materialauswahl frei entscheiden können. Innerhalb der 296 untersuchten Multilayer-Verpackungen wurde mit einem Anteil von 36 % am häufigsten die Materialkombination PET (Außenschicht)-LDPE (Innenschicht) verwendet, gefolgt von PA-LDPE mit 18 % und PP-PP mit 14 %. Zudem wurde in 19 % der Multilayer-Verpackungen ein Aluminiumanteil festgestellt. Weiter wurden die tiefencharakterisierten LVP-Abfälle auf Haushaltsebene (gesammelte LVP-Abfälle je Haushalt) mit den von den Haushalten beantworteten Fragen zusammengeführt. Dies ermöglichte die Quantifizierung der Einflüsse der Verbraucher auf das Pro-Kopf-Abfallaufkommen, welches mit der Haushaltsgröße, der Siedlungsstruktur, dem Sammelsystem und dem Reduktions- und Vermeidungsverhalten der Teilnehmer signifikant korreliert. Darüber hinaus konnte ein signifikanter Zusammenhang zwischen den Fehlwurfanteilen und dem verwendeten Sammelsystem festgestellt werden. Zusätzlich wurde in den LVP-Abfällen (207 kg) der verbliebene Restfüllgehalt in den Verpackungen (7,7 %) und Fehlwurfanteile in der Sammelmenge (8,8 %) ermittelt. Die Restfüllgehalte und Fehlwurfanteile sowie die ermittelten Verpackungswerkstoffe der vorliegenden Sortierstudie wurden für die Ermittlung des in Deutschland theoretisch zur Verfügung stehenden LVP-Wertstoffpotentials herangezogen. Als Referenzwert diente die in Deutschland im Jahr 2019 angefallene Menge von 2,6 Mio. Mg an LVP-Abfällen aus Kunststoffen, Metallen und Verbundmaterialien. Bezogen auf die Verwertbarkeit mittels mechanischem Recycling ergibt sich für Deutschland ein Anteil an 1.285.847 Mg (49,5 %) an gut verwertbaren Fraktionen (Verpackungen aus Monomaterialien), ein Anteil von 419.813 Mg (16,2 %) an bedingt verwertbaren Fraktionen (Flüssigkeitskartons) und ein Anteil von 355.333 Mg (13,7 %) an schlecht verwertbaren Fraktionen (z. B. Multilayer-Verpackungen). Ebenfalls wurde die Erweiterungen der Bepfandung auf LVP, die durch das Verpackungsgesetz im Jahr 2022 und 2024 in Kraft treten, berücksichtigt. Hieraus ergibt sich für das Jahr 2022 ein Anteil von 79.779 Mg (3,1 %) und für das Jahr 2024 ein Anteil von 29.968 Mg (1,2 %) an Verpackungsabfällen, die den LVP-Abfallstrom in die Pfandroute „verlassen“. Die Ergebnisse dieser Dissertation zeigen den Nutzen der tiefencharakterisierten LVP, welcher deutlich über denen üblicherweise abfallwirtschaftlicher Datenerfassung liegt und verbindet abfallwirtschaftliche und verpackungstechnische Informationen, auf deren Basis eine wertstoff- und designgerechte Verpackungsabfallwirtschaft begründet werden kann. Dar-über hinaus motivieren insbesondere die Anteile an mittels mechanischen Recyclings bedingt und schlecht zu verwertenden Verpackungen eine erneute Durchführung der Sortierstudie. Hierdurch können Änderungen beim Verpackungsdesign, z. B. durch das im Verpackungsgesetz verankerte recyclinggerechte Design von Verpackungen und weitere Änderungen den LVP-Abfallstrom betreffend berücksichtigt werden.