KI-Anwendungshub Kunststoffverpackungen

In Europa werden rund 40 Prozent des Kunststoffbedarfs für Verpackungen verwendet. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen wird nur ein geringer Teil dieser Kunststoffe als Sekundärrohstoff in den Wertstoffkreislauf zurückgeführt. Um das Ziel von mindestens 30 Prozent wiederverwerteter Kunststoffe (Rezyklate) für nachhaltigere Verpackungen zu erfüllen, müssen verschiedene Herausforderungen im gesamten Wertschöpfungskreislauf bewältigt werden. Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) bieten ein hohes Potenzial, die bestehenden komplexen Probleme zu lösen. Mit der Fördermaßnahme »KI-Anwendungshub Kunststoffverpackungen – nachhaltige Kreislaufwirtschaft durch Künstliche Intelligenz« treibt das Bundesministerium für Bildung und Forschung die Anwendung von KI-Methoden für eine ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft im Bereich Kunststoffverpackungen in Deutschland voran.

Der KI-Anwendungshub Kunststoffverpackungen besteht aus den beiden Innovationslaboren KIOptiPack (Design und Produktion) und K3I-Cycling (Kreislaufschließung). KIOptiPack konzentriert sich auf die Bereiche Material, Design und Produktion. K3I-Cycling betrachtet die Prozesse Sammlung, Logistik, Sortierung, Trennung und Aufbereitung. Damit bilden die beiden Innovationslabore zusammen den gesamten Wertschöpfungskreislauf von Kunststoffverpackungen ab. Insgesamt arbeiten mehr als 50 Partner aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft im KI-Anwendungshub eng zusammen.

Das Fraunhofer LBF leitet ein Arbeitspaket im Innovationslabor K3I-Cycling und bringt seine jahrelange praktische Erfahrung mit Kunststoffrezyklaten auch in anderen Arbeitspaketen ein.

Sensorbasierten Sortierung von Leichtverpackungsabfällen

Die Arbeit des Fraunhofer LBF beginnt bereits bei der Verbesserung der sensorbasierten Sortierung von Leichtverpackungsabfällen (LVP). Auf Basis realer Daten werden dort in enger, fachübergreifender Zusammenarbeit Sortierdaten erhoben und mit Annotationen versehen, die die anschließende Verwertung des Rezyklats bestmöglich unterstützen sollen. Eine ideale Erkennung, Trennung und Verwertung sortenreiner Kunststoffe ist in der Praxis nicht möglich, stattdessen müssen Methoden gefunden werden, die aus unterschiedlich zusammengesetzten und womöglich kontaminierten Mischungen wertvolle Sekundärrohstoffe erzeugen können.

Mit Additiven zu höherwertigen Anwendungen

Durch den gezielten Einsatz von Additiven kann der weitere Abbau des Polymers bei der thermomechanischen Verarbeitung verhindert werden (= Restabilisierung). Damit eng verknüpft ist auch die Stabilisierung für den Dauergebrauch, wobei eine Anpassung der Additivmischung abhängig der Gebrauchstemperaturen und anderer schädlicher Einflüsse (z.B. Sonnenlicht) nötig ist. Dies ermöglicht auch ein Upcycling zu höherwertigen Anwendungen. Ebenso können Techniken und Additive zur Geruchsreduktion eingesetzt werden, da auch durch Waschen nicht alle geruchsbildenden Stoffe aus einem Rezyklat entfernt werden können.

Definition, Bestimmung und Weitergabe von Werkstoff- und Verarbeitungseigenschaften

Ein übergreifendes Thema sind die verbesserte Generierung und der Austausch von Daten zum Rezyklat. Preislich sind diese inzwischen oft attraktiver als Neumaterialien. Kunststoffverarbeiter verlangen für hochwertige Anwendungen aber eng umrissene Werkstoff- und Verarbeitungseigenschaften. Deren Definition, Bestimmung und Weitergabe zu Akteuren der Wertschöpfungskette ist ebenso Teil der Aktivitäten des Fraunhofer LBF und ein zentraler Aspekt von K3I-Cycling.