AI: een gamechanger voor plastic verpakkingen

In het KIOptiPack innovatielab werken onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV samen met 51 partners uit de industrie en de onderzoekssector aan de ontwikkeling van innovatieve AI-gestuurde optimalisatietools die een gamechanger kunnen betekenen voor plastic verpakkingen. Het doel is om AI-tools te gebruiken om plastic verpakkingen in de toekomst te recyclen.

Wensen en eisen

Kunststof is licht, duurzaam en gemakkelijk te verwerken, waardoor het echt veelzijdige materialen zijn voor bijna elke toepassing. Het is dan ook geen verrassing dat veel goederen zijn verpakt in plastic. Het doel van de kunststofindustrie is om de circulaire economie te ondersteunen door met een ideaal verpakkingsontwerp (design for recycling), de impact op het milieu te minimaliseren en tegelijkertijd een optimale bescherming te bieden voor verpakte goederen. Idealiter bestaan verpakkingen uit zoveel mogelijk gerecycled materiaal. Nieuwe EU-regelgeving vereist ook dat plastic verpakkingen tegen 2030 voor minimaal 35 procent uit gerecycled materiaal bestaan.

Artificiële intelligentie en verpakkingen

Samen met hun projectpartners gebruiken onderzoekers van Fraunhofer IVV artificiële intelligentie als een “game changer” in recycling en voor het verwerken van gerecycled materiaal tot verpakkingen. Het doel is om plastic afval te verminderen, duurzamere verpakkingen te creëren en de vraag naar grondstoffen te verlagen. Om dit te bereiken hebben de onderzoekers van Fraunhofer IVV op AI gebaseerde optimalisatietools ontwikkeld en deze met elkaar verbonden via een dataruimte.

Optimalisatie

Deze aanpak maakt het mogelijk om efficiënt rekening te houden met de vele eisen waaraan plastic verpakkingen moeten voldoen. Het ontsluit met name ook manieren om deze verpakkingen te recyclen en ze in hun geheel te optimaliseren. Naast milieuvriendelijkheid en -impact wordt ook rekening gehouden met aspecten als functionaliteit, ontwerp, acceptatie door de klant en produceerbaarheid.

Ontwerp van verpakkingen

Nadat alle gegevens volledig zijn geïntegreerd, stellen de AI-tools de best mogelijke verpakkingsontwerpen voor een bepaald product voor, waarbij het materiaalgebruik tot een minimum wordt beperkt. De dataruimte brengt hiervoor alle digitale gegevens over materiaaleigenschappen, herkomst en bestemmingen samen en koppelt de informatie aan elkaar. Op deze manier biedt het een gedeelde infrastructuur voor het uitwisselen van gegevens voorbij de fabriekspoorten. Het datamodel dat ten grondslag ligt aan het volledige pakket, dat het delen van gegevens tussen de verschillende belanghebbenden mogelijk maakt, werd ook ontwikkeld door Fraunhofer IVV.

Digitalisering van materiaalstromen om consumenten te beschermen

“Om de integratie van gerecyclede materialen in verpakkingsoplossingen te verbeteren, is een gedeelde dataruimte cruciaal”, zegt Andrea Büttner, instituutsdirecteur bij Fraunhofer IVV. “Gerecycled plastic is een waardevol materiaal. Maar de kwaliteit van het recyclebare plastic moet goed zijn. Als het gerecyclede materiaal vervuild is met ongewenste stoffen zoals andere soorten plastic, drukinkt of afbraakproducten, kan dit de kwaliteit ernstig aantasten en het materiaal zelfs onbruikbaar maken. Als kunststoffen eenmaal gerecycled zijn, kunnen ze in principe verontreinigingen bevatten.”

Verontreinigingen

Deze verontreinigingen vormen een bijzondere uitdaging voor de industrie. Dit betekent dat de hele industrie, van producenten van gerecyclede materialen en bedrijven die verpakkingsfolie maken tot de voedingssector, systematisch gegevens moet delen, samen met één taal voor het omgaan met kunststoffen. De materialen in kwestie zijn voornamelijk polyolefinen, die de grootste groep kunststoffen vormen en aanzienlijk kunnen veranderen tijdens de verwerking.

AI helpt bij het kiezen van de juiste recyclagemethode

“AI-gestuurde tools zijn een must als het gaat om hoogwaardige recycling van plastic materialen. De modulaire softwareoplossingen die we bij Fraunhofer IVV ontwikkelen, helpen bij aspecten zoals het karakteriseren en analyseren van materiaaleigenschappen, en ze verbinden verschillende informatiestromen zodanig met elkaar dat een geschikt toepassingsgebied kan worden geïdentificeerd voor gerecyclede materialen met fluctuerende eigenschappen,” zegt Matthias Reinelt, hoofd van de groep Shelf Life and Packaging Modeling bij Fraunhofer IVV.

Meten is weten

“Onze AI-tool voor verpakkingsproductie gebruikt zoveel mogelijk informatie over het gerecyclede materiaal om de optimale verwerkingsketen te bepalen, zodat er bijvoorbeeld een duurzaam geproduceerde yoghurtbeker met een homogene wanddikte en de gewenste vorm in de winkelschappen belandt.” De onderzoekers analyseren ook de kwaliteit van de gerecyclede materialen met behulp van chromatografie, die op zijn beurt ook weer vertrouwt op AI-tools voor verbeterde stofidentificatie. Het doel is om te voorkomen dat ongeschikte of vervuilde gerecyclede materialen in de cyclus terechtkomen, wat zelfs bij een goede sortering kan gebeuren.

Realtime suggesties

De AI-gebaseerde optimalisatietools en gekoppelde dataruimte van Fraunhofer IVV en zijn projectpartners worden in sommige gevallen direct geïntegreerd in de productieprocessen van fabrikanten. Dit maakt realtime suggesties voor verdere verwerking mogelijk, afhankelijk van de gerecyclede materialen die worden gebruikt op de machines ter plaatse.

Bron en openingsfoto: Fraunhofer IVV

Openingsfoto: IVV-experts optimaliseren een productieproces voor verpakkingen. Als onderdeel van het KIOptiPack-project ontwikkelen ze ook AI-tools om plastic verpakkingen geschikt te maken voor de circulaire economie.

Lees ook: Duurzame verpakking van moerasplanten