Der intelligente Umgang mit dem gelben Sack

Kunststoffe gelten bereits lange als wertvoller Rohstoff, der nach der Erstverwendung dank eines ausgereiften Recyclingprozesses erneut verwendet werden kann. Dennoch sind die Potenziale im Kunststoffrecycling bisher nur ansatzweise ausgeschöpft. »Es ist sehr schade, dass laut dem Umweltbundesamt über 60 Prozent des Plastikabfalls derzeit noch thermisch verwertet werden«, erklärt Alexander Ennen, Abteilungsleiter am Entwicklungszentrum Röntgentechnik des Fraunhofer IIS und Projektkoordinator des Projekts K3I-Cycling.

Breiter Verbund führt Kunststoff-Recycling in die Zukunft

K3I-Cycling möchte die Recycling-Quote von Kunststoffabfall verbessern und für mehr Nachhaltigkeit sorgen. »Wir versuchen, durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz das Recycling von Kunststoffverpackungen zu optimieren«, sagt Ennen. Der Projektname K3I-Cycling wird »Key-Cycling« ausgesprochen. Dabei steht »K3« für drei wichtige Konzepteigenschaften und Schlüsseltechnologien: Künstliche Intelligenz, Kreislaufführung und Kunststoffverpackungen. Ziel des Projekts ist die Erhöhung des werkstofflichen Recyclings, das pilothaft bei einer Partnerfirma des Konsortiums umgesetzt wird. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) treibt mit der Fördermaßnahme »KI-Anwendungshub Kunststoffverpackungen – nachhaltige Kreislaufwirtschaft durch Künstliche Intelligenz« die Entwicklungen in zwei Innovationslaboren mit jeweils etwa 13,8 Millionen Euro Budget voran. Das Innovationslabor KIOptiPack kümmert sich um das Design und die Produktion von Kunststoffverpackungen, K3I-Cycling hat die Kreislaufschließung durch die Sammlung, Logistik, Sortierung, Trennung und Aufbereitung von Kunststoffen im Fokus. Die beiden Labore werden bei der Durchführung vom Projektträger Jülich betreut.

Ennen weiß, dass es eine ganzheitliche Betrachtung des Recyclingprozesses braucht. Die Abfälle landen nach der Entsorgung in Leichtverpackungsanlagen, in denen die Materialien nach Art des Kunststoffs automatisiert getrennt und sortiert werden. Deshalb ist es vorab wichtig, die Metallfolie vollständig vom Joghurtbecher zu trennen ­– sonst ist eine Wiederverwendung nicht möglich. Am Ende des Recyclingprozesses entsteht ein wiederverwendbares Rezyklat.

KI und Digitaler Zwilling finden bei K3I-Cycling zusammen

Am Entwicklungszentrum Röntgentechnik des Fraunhofer IIS schaffen wir im Projekt eine Plattform, mit der die verschiedenen Prozessschritte digital modelliert werden. Dabei verschmelzen die Konzepte von Künstlicher Intelligenz und Digitalem Zwilling – es entsteht ein sogenannter Artificial Neural Twin (ANT). Der ANT schafft einen KI-basierten, sich selbst regulierenden Prozess, der ähnlich wie ein Regelkreis funktioniert. Dadurch ist es möglich, die Prozesse aufgrund von gewonnenen Daten zu optimieren und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit der Anlage hochzuhalten. Wissenschaftler Ennen hat ein Beispiel dafür: Wenn vom Unternehmen oder durch externe Vorgaben beschlossen wird, dass die Recyclingquote erhöht werden soll, meldet die KI, auf welche Prozessschritte die Entscheidung die größte Auswirkung hat. Insgesamt liegt ein besonderer Fokus auf der Datensicherheit. »Alles, was berechnet oder verwendet wird, passiert lokal im Unternehmen«, so Ennen. Zur Kommunikation mit nachfolgenden und vorgelagerten Prozessschritten werden nur abstrakte Werte zur Modellierung der Prozesse mit dem ANT eingesetzt, keiner der Akteure oder Prozesse muss also interne Daten wie Prozessparameter preisgeben. Ein weiteres Fokusthema ist die sensorbasierte Sortierung: Innerhalb des Projekts wird eine Sensorstraße aufgebaut und getestet, die gewonnenen Daten sollen künftig zu einem Referenzdatensatz für die sensorbasierte Sortierung von Leichtverpackungen werden.

Das BMBF, das Fraunhofer IIS und die insgesamt 20 Partner sind damit auf dem besten Weg, das Recycling unserer Kunststoffverpackungen nachhaltiger zumachen. »Der Entwicklungsstand ist sehr gut«, erklärt Projektkoordinator Ennen. Das Vorhaben läuft noch bis September 2025.