KI-Anwendungshub Kunststoffverpackungen – nachhaltige Kreislaufwirtschaft durch Künstliche Intelligenz

Verpackungen bilden global betrachtet den mit Abstand größten Teil an Kunststoffabfällen. Trotz hoher Verwertungsquoten in Deutschland wird nur ein geringer Teil des Materials tatsächlich im Kreislauf geführt. Eine hochwertige Nutzung von Kunststoffen als Sekundärrohstoff scheitert häufig an technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen. Die zunehmende technische Leistungsfähigkeit von Künstlicher Intelligenz (KI) ermöglicht den Weg zu einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft.

Mit der Fördermaßnahme "KI-Anwendungshub Kunststoffverpackungen – nachhaltige Kreislaufwirtschaft durch Künstliche Intelligenz" will das Bundesministerium für Bildung und Forschung die Anwendung von Methoden der KI für eine ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft im Bereich Kunststoffverpackungen in Deutschland vorantreiben.

Vorstellung der beiden Innovationslabore

Im KI-Anwendungshub Kunststoffverpackungen arbeiten in den beiden Innovationslaboren KIOpti-Pack (Themencluster: Design und Produktion) und K3I-Cycling (Themencluster: Kreislaufschließung) insgesamt 51 Partner aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft eng zusammen.

KIOptiPack – Ganzheitliche KI-basierte Optimierung von Kunststoffverpackungen mit Rezyklatanteil 
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. Mit dem Projekt und seinen Werkzeugen wird die gesamte Wertschöpfungskette vom Sekundärrohstoff über die Material- und Verpackungsentwicklung, die Prozessauslegung, die Verpackungsproduktion bis hin zu Konsumierende einbezogen.

Koordination: Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen
Laufzeit: 01.08.2022 – 31.07.2025

Innovationslabor: K3I-Cycling – KI-gestützte Optimierung der Kreislaufführung von Kunststoffverpackungen 
Ziel von K3I-Cycling ist die sowohl quantitative als auch qualitative signifikante Verbesserung des werkstofflichen Recyclings von Post-Consumer Kunststoffverpackungsabfällen. Durch die Entwicklung und Bereitstellung einer neuen, offenen und standardisierbaren künstlichen Intelligenz-Schnittstelle mittels Artificial Neural Twin zur sektorübergreifenden Sammlung relevanter Informationen im Sinne eines Leichtverpackungs-Produktpasses, wird erstmals die digitale Vernetzung aller Stakeholder entlang der Wertschöpfungskette ermöglicht. Hierbei handelt es sich um eine vollständig differenzierbare Abbildung des Gesamtsystems, mit dem Einzelkomponenten auf ein globales Gütemaß hin optimiert werden können. Für die Erfassung der benötigten Daten entlang des Materialflusses werden neue Wege hinsichtlich der sensorischen Erfassung von Informationen aller Art gegangen.

Koordination: Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Laufzeit: 01.09.2022 – 31.08.2025

Zusammenarbeit als KI-Hub
Die beiden Innovationslabore „Design und Produktion" und „Kreislaufschließung" arbeiten auf gemeinsame Ziele hin, die Wertschöpfungskette von Kunststoffverpackungen so weit wie möglich zu schließen. Hierzu werden gemeinschaftlich Vorgehensweisen erarbeitet und definiert, wie die jeweiligen Konsortien in diesem Kontext bestmöglich interagieren können. Im Vordergrund steht dabei, die Ergebnisse der jeweiligen Innovationslabore für das jeweils andere Innovationslabor zugänglich zu machen und sich somit einer Kreislaufschließung anzunähern.
Insbesondere steht hierbei ein gemeinsamer Datenaustausch im Vordergrund, welcher es ermöglicht Erkenntnisse über die gesamte Wertschöpfungskette zu betrachten. „Datenraum und Vernetzung" als Schnittstellenthematik wird hierzu als konkreter Verbindungspunkt innerhalb des KI-Hubs definiert.