Mit KI zur nach­hal­ti­gen Verpackungsentwicklung

Ver­pa­ckun­gen sind wich­tig, gera­de um Lebens­mit­tel vor schäd­li­chen Ein­flüs­sen und Ver­derb zu schüt­zen, das ist hin­läng­lich bekannt. Die jewei­li­gen Anfor­de­run­gen an die Ver­pa­ckung sind je nach Pro­dukt viel­fäl­tig und kom­plex, die Kom­bi­na­ti­ons­mög­lich­kei­ten schier end­los: Hygie­ne, Fri­sche, Geruchs­schutz oder der Schutz gegen Beschä­di­gung sind nur eini­ge der ent­schei­den­den Para­me­ter für die Aus­wahl der rich­ti­gen Ver­pa­ckung. Neben Funk­tio­na­li­tät gilt es auch, Design, Kun­den­ak­zep­tanz und Kos­ten zu beach­ten sowie die Fra­ge der Umwelt­ver­träg­lich­keit und Ökobilanz.

Gera­de die Öko­bi­lanz spielt eine immer grö­ße­re Rol­le. Da Kunst­stoff­ver­pa­ckun­gen bekannt­lich schwer abbau­bar sind, ist es umso wich­ti­ger die­se zu recy­celn und im Kreis­lauf zu füh­ren. Das for­dert auch eine neue EU-Ver­ord­nung, wonach bis 2030 alle Ver­pa­ckun­gen aus Kunst­stoff zu einem Min­dest­an­teil von bis zu 35 Pro­zent aus Rezy­kla­ten her­ge­stellt wer­den müs­sen. Hier setzt nun die For­schung des KI-Anwen­dungs­hub an, wel­cher in zwei Inno­va­ti­ons­la­bo­re geglie­dert ist: K3I-Cycling und KIOptiPack.

Im Rah­men des Inno­va­ti­ons­la­bors KIOp­ti­Pack haben es sich die Wis­sen­schaft­ler zusam­men mit den betei­lig­ten Part­nern und Unter­neh­men zur Auf­ga­be gemacht, eine bran­chen­über­grei­fen­de Soft­ware zu ent­wi­ckeln, wel­che eine gan­ze Rei­he oben genann­ter Anfor­de­run­gen an eine Kunst­stoff­ver­pa­ckung berück­sich­ti­gen kann und mit Hil­fe von mathe­ma­ti­schen Model­len und KI-basier­ter Metho­den zu einer Gesamt­schau ver­eint. Nach voll­stän­di­ger Inte­gra­ti­on aller Daten, schlägt zukünf­tig die Soft­ware best­mög­li­che Ver­pa­ckungs­de­signs für ein bestimm­tes Pro­dukt bei gleich­zei­ti­gem mini­ma­lem Mate­ri­al­auf­wand vor. Aktu­ell fügen füh­ren­de Akteu­re aus allen Berei­chen der Ver­pa­ckungs­wirt­schaft bestehen­de Soft­ware-Bau­stei­ne zusam­men, die ver­schie­de­ne Fak­to­ren berück­sich­ti­gen, wie bei­spiels­wei­se die Halt­bar­keit des Pro­duk­tes, erst­ma­lig ermög­licht, ohne auf­wen­di­ge Test­pha­sen und zusätz­li­chen Mate­ri­al­ein­satz zu einer opti­ma­len Ver­pa­ckungs­lö­sung im Sin­ne der Nach­hal­tig­keit zu kommen.

»Stel­len Sie sich die inno­va­ti­ve Soft­ware wie ein per­sön­li­ches Navi­ga­ti­ons­sys­tem für die Ver­pa­ckungs­her­stel­lung vor. So wie ein Navi­ga­ti­ons­ge­rät ver­schie­de­ne Rou­ten ana­ly­siert und die bes­te Stre­cke vor­schlägt, bün­delt die­se Soft­ware alle rele­van­ten Fak­to­ren und bie­tet Emp­feh­lun­gen zur Opti­mie­rung«, erzählt Dr.-Ing. Mal­te Schön, Pro­jekt­lei­ter KIOp­ti­Pack am Insti­tut für Kunst­stoff­ver­ar­bei­tung IKV an der RWTH Aachen.

So konn­ten die KI-Hub-Exper­ten kürz­lich mit Hil­fe der schon exis­tie­ren­den Soft­ware-Ele­men­te in einer Stu­die zu Fleisch­wa­ren-Ver­pa­ckun­gen und deren Umwelt­aus­wir­kun­gen vor­ab nach­wei­sen, dass die Ant­wort auf mehr Nach­hal­tig­keit bei der­lei Frisch­wa­ren ent­ge­gen allen Erwar­tun­gen nicht unbe­dingt in der Redu­zie­rung der Ver­pa­ckungs­men­ge liegt. Weni­ger Ver­pa­ckung führt nicht auto­ma­tisch zu weni­ger Umwelt­las­ten – wenn näm­lich deren Ein­spa­rung eben nicht die erfor­der­li­che Halt­bar­keit bewirkt und der Ver­brau­cher sein Lebens­mit­tel dann, statt es zu kon­su­mie­ren, ent­sor­gen muss.

Ein wei­te­rer Mei­len­stein des KI-Anwen­dungs­hubs ist ein eigens ent­wi­ckel­tes elek­tro­ni­sches Sys­tem, wel­ches die Erfas­sung und Ver­knüp­fung von Infor­ma­tio­nen ver­schie­de­ner Akteu­re der Ver­pa­ckungs­in­dus­trie erlaubt, um nach­hal­ti­ge­re Pro­duk­ti­ons­pro­zes­se eta­blie­ren zu kön­nen – mit ande­ren Wor­ten, eine gemein­sa­me Infra­struk­tur und einen Daten­aus­tausch über Fabrik­tor­gren­zen hin­aus. Bei­des wird zukünf­tig essen­zi­ell not­wen­dig sein, um Rezy­kla­te bes­ser in Ver­pa­ckungs­lö­sun­gen ein­ar­bei­ten zu kön­nen. Deren mit­un­ter hete­ro­ge­ne Qua­li­tät stellt die Bran­che vor beson­de­re Her­aus­for­de­run­gen, weil oft nicht klar ist, aus wel­chen Bestand­tei­len die Rezy­kla­te eigent­lich bestehen oder wie vie­le und wel­che Stör­stof­fe sie even­tu­ell noch beinhal­ten – von den Rezy­klat- Her­stel­lern über Unter­neh­men, die Ver­pa­ckungs­fo­li­en pro­du­zie­ren bis hin zur Lebens­mit­tel­in­dus­trie braucht es in Zukunft also einen sys­te­ma­ti­schen Daten­aus­tausch und eine ein­heit­li­che Begriffssprache.

»Um die­sen Aus­tausch sinn­voll zu gestal­ten, muss­ten wir in einem ers­ten Schritt eine völ­lig neue Onto­lo­gie, also Daten­spra­che für die gesam­te Bran­che ent­wi­ckeln. Eine Art ‚Duden‘ für alle Akteu­re der Wert­schöp­fungs­ket­te«, erklärt Prof. Dr. Chris­toph Quix vom Fraun­ho­fer-Insti­tut für Ange­wand­te Infor­ma­ti­ons­tech­nik FIT. »Ein­zel­ne Daten­sät­ze kön­nen so kon­kre­ten und all­ge­mein­gül­ti­gen Ober­ka­te­go­rien und Bezeich­nun­gen zuge­ord­net wer­den und für alle zugäng­lich und nutz­bar gemacht werden.«

Am Fraun­ho­fer-Insti­tut für Ver­fah­rens­tech­nik und Ver­pa­ckung IVV in Dres­den wird dazu im Rah­men der Open Hub Days auch erst­mals ein IT-Ver­knüp­fungs­mo­dell für einen geplan­ten Daten­aus­tausch auf Basis der geschaf­fe­nen Kate­go­rien vor­ge­stellt. Das selbst blei­ben dabei geschützt auf den Rech­nern der ein­zel­nen Akteu­re – kei­ner muss also sen­si­ble Infor­ma­tio­nen an mög­li­che Mit­be­wer­ber preis­ge­ben. Auch auf die­se Wei­se kön­nen wie­der­um Rück­schlüs­se auf Mate­ri­al­ver­hal­ten von Ver­pa­ckun­gen gezo­gen wer­den, die schnel­le­re und bes­se­re Mate­ri­al­ent­wick­lun­gen ermöglichen.

»Wir als For­scher freu­en uns, mit unse­ren Ent­wick­lun­gen einen Bei­trag in Rich­tung Trans­for­ma­ti­on hin zu nach­hal­ti­ge­ren, auf gesi­cher­ten Daten beru­hen­den Ver­pa­ckungs­lö­sun­gen leis­ten zu kön­nen«, freut sich Prof. Marek Haupt­mann, Pro­jekt­lei­ter Anwen­dung KIOp­ti­Pack vom Fraun­ho­fer-Insti­tut für Ver­fah­rens­tech­nik und Ver­pa­ckung IVV. »In einem nächs­ten Schritt wol­len wir ähn­li­che For­schungs­pro­jek­te auch für die Papier­in­dus­trie auf den Weg bringen.«