AI: una svolta per gli imballaggi in plastica
Economia circolare per gli imballaggi
Nel laboratorio di innovazione KIOptiPack, i ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per l'ingegneria di processo e l'imballaggio IVV collaborano con 51 partner dell'industria e del settore della ricerca per sviluppare strumenti innovativi di ottimizzazione basati sull'IA e uno spazio dati che collega tutti gli attori dell'industria dell'imballaggio e i loro dati. L'obiettivo è quello di utilizzare strumenti di intelligenza artificiale per riciclare gli imballaggi in plastica in futuro.
Le materie plastiche sono leggere, resistenti e facili da lavorare, il che le rende materiali davvero versatili per quasi tutte le applicazioni. Non sorprende quindi che oltre il 60% dei prodotti confezionati in Germania sia avvolto, imbustato o inscatolato in plastica. L'obiettivo dell'industria delle materie plastiche è quello di sostenere l'economia circolare attraverso una progettazione ideale degli imballaggi (design for recycling), ridurre al minimo l'impatto ambientale e allo stesso tempo fornire una protezione ottimale per i prodotti confezionati. L'ideale è che gli imballaggi siano composti il più possibile da materiale riciclato. Le nuove normative dell'Unione Europea prevedono che entro il 2030 gli imballaggi in plastica siano realizzati almeno con il 35% di materiale riciclato.
Ecco la ricerca condotta da KIOptiPack, uno dei due laboratori di innovazione che fanno parte dell'AI Application Hub on Plastic Packaging, finanziato dal Ministero federale tedesco per la Ricerca, la Tecnologia e lo Spazio. Insieme ai partner del progetto, i ricercatori del Fraunhofer IVV stanno utilizzando l'intelligenza artificiale come strumento di cambiamento nel riciclaggio e nella trasformazione del materiale riciclato in imballaggi, per rispondere alle sfide tecnologiche e agli standard elevati della produzione di imballaggi. L'obiettivo è ridurre i rifiuti di plastica, creare imballaggi più sostenibili e ridurre la domanda di materie prime attraverso il riutilizzo come materiale riciclato, aumentando così l'affidabilità dell'offerta in Europa grazie all'attenzione alla circolarità. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori del Fraunhofer IVV hanno sviluppato strumenti di ottimizzazione basati sull'intelligenza artificiale e li hanno collegati attraverso uno spazio dati. Questo approccio consente di tenere conto in modo efficiente dei numerosi requisiti che gli imballaggi in plastica devono soddisfare. In particolare, si aprono le strade per il riciclo di questi imballaggi e per la loro ottimizzazione complessiva. Oltre alla compatibilità e all'impatto ambientale, vengono presi in considerazione anche gli aspetti di funzionalità, design, accettazione da parte dei clienti e fattibilità di produzione. Una volta integrati tutti i dati, gli strumenti di intelligenza artificiale suggeriscono i migliori progetti di packaging possibili per un determinato prodotto, riducendo al minimo l'uso di materiali. A tal fine, lo spazio dati riunisce tutti i dati digitali sulle proprietà, le origini e le destinazioni dei materiali, collegando tra loro le informazioni. In questo modo, fornisce un'infrastruttura condivisa per lo scambio di dati oltre i cancelli della fabbrica. Anche il modello di dati alla base del pacchetto completo, che consente la condivisione dei dati tra le varie parti interessate, è stato sviluppato presso il Fraunhofer IVV.
Digitalizzazione dei flussi di materiali per proteggere i consumatori
"Per migliorare l'integrazione dei materiali riciclati nelle soluzioni di imballaggio, è fondamentale uno spazio dati condiviso", afferma Andrea Büttner, direttore dell'istituto Fraunhofer IVV. "La plastica riciclata è un materiale prezioso. Ma la qualità della plastica riciclabile deve essere corretta. Se il materiale riciclato è contaminato da sostanze indesiderate, come altri tipi di plastica, inchiostri da stampa o prodotti di degradazione, può compromettere gravemente la qualità e persino rendere il materiale inutilizzabile. Una volta riciclata, la plastica può contenere in linea di principio dei contaminanti". E questo rappresenta una sfida particolare per l'industria. Ciò significa che in tutta l'industria, dai produttori di materiali riciclati alle aziende che producono pellicole per imballaggi, fino al settore alimentare, è necessaria una condivisione sistematica dei dati e un linguaggio unico per trattare le materie plastiche. I materiali coinvolti sono principalmente le poliolefine, che rappresentano il gruppo più numeroso di materie plastiche e possono cambiare sostanzialmente durante la lavorazione.
L'intelligenza artificiale aiuta a scegliere il giusto metodo di riciclaggio
"Gli strumenti basati sull'intelligenza artificiale sono indispensabili quando si tratta di riciclare materiali plastici di alta qualità. Le soluzioni software modulari che sviluppiamo al Fraunhofer IVV aiutano in aspetti come la caratterizzazione e l'analisi delle proprietà dei materiali e collegano tra loro diversi flussi di informazioni in modo tale da poter identificare un campo di applicazione adeguato per i materiali riciclati con proprietà fluttuanti", afferma Matthias Reinelt, responsabile del gruppo Shelf Life and Packaging Modeling del Fraunhofer IVV. "Il nostro strumento di intelligenza artificiale per la produzione di imballaggi utilizza il maggior numero possibile di informazioni sul materiale riciclato per determinare la catena di lavorazione ottimale, in modo che ciò che finisce sugli scaffali dei negozi sia, ad esempio, un vasetto di yogurt prodotto in modo sostenibile con uno spessore omogeneo delle pareti e la forma desiderata". I ricercatori analizzano anche la qualità dei materiali riciclati utilizzando la cromatografia, che a sua volta si basa su strumenti di intelligenza artificiale per una migliore identificazione delle sostanze. L'obiettivo è evitare che materiali riciclati non idonei o contaminati entrino nel ciclo, cosa che può accadere anche con una buona selezione.
Gli strumenti di ottimizzazione basati sull'intelligenza artificiale e lo spazio dati interconnesso forniti dal Fraunhofer IVV e dai suoi partner di progetto in alcuni casi sono persino integrati direttamente nei processi produttivi dei produttori. Ciò rende possibili suggerimenti in tempo reale per un'ulteriore lavorazione, a seconda dei materiali riciclati utilizzati nelle macchine in loco.
Gli strumenti di intelligenza artificiale colmano le lacune dei materiali riciclati
L'uso di materiali riciclati nei prodotti in plastica è in costante aumento. Tuttavia, anche nonostante questa tendenza, il volume di plastica riciclata sarà insufficiente per raggiungere i livelli di materiali riciclati richiesti dalla legge. Questo porterà a un divario sempre più ampio tra domanda e offerta nel caso delle plastiche riciclate nei prossimi anni. Entro il 2030, si prevede che la domanda di materiali riciclati supererà l'offerta del 30%. "Le soluzioni isolate non saranno sufficienti a colmare il divario di riciclaggio nel settore della plastica nel lungo periodo. Stiamo affrontando questo problema con i nostri strumenti di ottimizzazione basati sull'intelligenza artificiale, che collegano i flussi di materiali e informazioni. Stiamo riunendo le parti interessate di un'ampia gamma di settori diversi e cerchiamo di rispondere in modo più efficace alla carenza di risorse", afferma Büttner.
Esperti del settore della ricerca, dell'industria, del governo e delle associazioni di tutta la Germania si riuniranno all'evento Zukunftsforum Kunststoffkreislauf, che si terrà a Berlino dall'1 al 3 luglio, per discutere un'ampia gamma di argomenti relativi alla plastica, agli imballaggi e al riciclo di entrambi. L'obiettivo è quello di riunire le persone per discutere approcci innovativi alla trasformazione in un'economia circolare efficiente dal punto di vista delle risorse e tradurre soluzioni concrete in pratiche reali.
Il polo applicativo AI sugli imballaggi in plastica
Per chiudere il più possibile il ciclo degli imballaggi in plastica, 51 partner dell'industria, del settore della ricerca e della società civile stanno lavorando insieme in due laboratori di innovazione: KIOptiPack, che si concentra su progettazione e produzione, e K3I-Cycling, che si occupa di riciclaggio e selezione dei materiali. I laboratori sono stati creati per consentire la condivisione dei dati tra i laboratori e garantire che tutti i risultati rilevanti siano presi in considerazione lungo l'intera catena del valore.
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