Künstliche Intelligenz für eine nachhaltigere Kreislaufwirtschaft

Bild von einem Tisch mit Rezyklat, medizinischen Flaschen und einem Tablet mit Daten
(Bild: Fraunhofer IVV)

Gemeinsam mit 50 Partnern aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft hat das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV einen KI-Anwendungshub gestartet. Künstliche Intelligenz soll zentral dazu beitragen den Kreislauf für Kunststoffverpackungen zu schließen.

Verpackungen machen weltweit den mit Abstand größten Anteil an Kunststoffabfällen aus. Aufgrund oftmals zu großer technischer und wirtschaftlicher Herausforderungen tritt nur ein geringer Teil des Kunststoffs als Sekundärrohstoff wieder in den Kreislauf ein. Im KI-Anwendungshub Kunststoffverpackungen soll Künstliche Intelligenz (KI) den Weg zu einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft ermöglichen.

Um den Kreislauf für Kunststoffverpackungen so weit wie möglich zu schließen, arbeiten 51 Partner aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft in zwei Innovationslaboren zusammen: KIOpti-Pack für Design und Produktion sowie K3I-Cycling für das werkstoffliche Recycling. Ein wichtiges Ziel ist der laborübergreifende Austausch von Daten, um Erkenntnisse über die gesamte Wertschöpfungskette zu betrachten. Darüber hinaus sollen die Themen des Hubs rund um Künstliche Intelligenz und Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe der breiten Öffentlichkeit durch vielfältige Veranstaltungen und Kommunikationsmaßnahmen zugänglich gemacht werden. Hierfür sind unter anderem ein Podcast und ein Open-Hub-Day geplant.

Arbeit in zwei Laboren

Ziel von KIOptiPack ist es, praxisreife KI-gestützte Werkzeuge für das erfolgreiche Produktdesign sowie die qualitätsgerechte Produktion von Kunststoffverpackungen mit hohem Rezyklatanteil in einem KI-Anwendungs- und Datenraum bereitzustellen, zu validieren und in die Anwendung zu transferieren. Dies wird mit der Bildung einer zentralen Netzwerkplattform für das Wertschöpfungsengineering verknüpft. Das Projekt und die darin entwickelten Werkzeuge beziehen die gesamte Wertschöpfungskette vom Sekundärrohstoff, über die Material- und Verpackungsentwicklung, die Prozessauslegung, die Verpackungsproduktion bis hin zur Abfallsammlung und Aufbereitung ein.

Ziel von K3I-Cycling ist die signifikante quantitative und qualitative Verbesserung des werkstofflichen Recyclings von Post-Consumer Kunststoffverpackungsabfällen. Zu diesem Zweck entwickelt K3I-Cycling mittels eines Artificial Neural Twin eine neue, offene und standardisierbare KI-Schnittstelle zur sektorübergreifenden Sammlung relevanter Informationen im Sinne eines Leichtverpackungs-Produktpasses. Dadurch wird erstmals die digitale Vernetzung aller Stakeholder entlang der Wertschöpfungskette ermöglicht. Bei einem Artificial Neural Twin handelt es sich um eine vollständig differenzierbare Abbildung des Gesamtsystems, mit dem Einzelkomponenten in Relation zum gesamten System optimiert werden können. Hierbei werden sensorische Informationen aller Art entlang des Materialflusses als Daten erfasst.

Verknüpfung von Daten und Know how

Das Fraunhofer IVV setzt in das Innovationslabor KIOptiPack seine Kompetenzen aus mehr als 50 Jahren Verpackungs- und Lebensmittelwissenschaften ein. Insbesondere bringt das interdisziplinäre Forscher-Team seine Expertise aus der Entwicklung von Verpackungen, der Beschreibung ihrer Eigenschaften und sein Verständnis zu Prozessen und Modellierung der Verpackungsherstellung durch Thermoform-, Siegel- und Schneidvorgängen mit. Die Wissensbasis des Fraunhofer IVV zur Charakterisierung und digitalen Beschreibung polymerer Packstoffe zur Vorhersage ihrer Funktionen (z.B. Barrieren) sowie ihrer Herstellung und Verarbeitung fließen in das Projekt ein und tragen zur gezielten Entwicklung von recyclingfähigen Verpackungskonzepten unter Einsatz von Rezyklaten mit Hilfe neuer digitaler Werkzeuge bei.

Darüber hinaus sind die Institutskompetenzen aus dem Bereich der Analytik von sensorischen Materialeigenschaften (z.B. Geruch) sowie der Entwicklung von Messtechniken als auch der Implementierung von KI-Algorithmen auf analytischen Daten gefragt. Mit seinen Kompetenzen zur analytischen Charakterisierung und (lebensmittelrechtlichen) Bewertung von Stoffübergängen aus Kunststoffmaterialien sowie Know-how zur Modellierung von Migrationsvorgängen und zur Bewertung der Reinheit und Unbedenklichkeit von Post-Consumer-Rezyklaten (PCR) stellt das Team des Fraunhofer IVV eine entscheidende Datenverknüpfung für eine erfolgreiche Anwendung in verschiedenen Gebieten her. Aus dem Bereich Recycling bringen die Forschenden ihr Wissen um ihre Entwicklung eines lösemittelbasiertes Recyclingverfahren mit sowie die notwendigen Kompetenzen zur Bewertung der Verarbeitbarkeit, der Qualität und Mischungsmöglichkeiten von Rezyklaten.

Quelle: Fraunhofer IVV

Hier finden Sie eine Übersicht aller Partner des Projekts.

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