Les outils d'IA optimisent la conception des emballages en plastique pour les objectifs de recyclage et de durabilité
Les plastiques sont légers, durables et faciles à traiter, ce qui en fait des matériaux vraiment polyvalents pour presque toutes les applications. Il n'est pas surprenant que plus de 60% des produits emballés en Allemagne soient enveloppés, en sac ou en boîte en plastique.
L'objectif de l'industrie des plastiques est de soutenir l'économie circulaire grâce à la conception idéale des emballages (conception pour le recyclage), à minimiser l'impact environnemental et en même temps offrir une protection optimale pour les produits emballés. Idéalement, l'emballage comprendra autant de matériaux recyclés que possible. Les nouvelles réglementations de l'UE exigent également que les emballages en plastique soient fabriqués à partir de matériaux recyclés jusqu'à 35% au minimum d'ici 2030.
Entrez dans la recherche effectuée par Kioptipack, l'un des deux laboratoires d'innovation qui font partie du centre d'application AI sur l'emballage en plastique. Avec leurs partenaires de projet, les chercheurs de Fraunhofer IVV utilisent l'intelligence artificielle comme changeant de jeu dans le recyclage et pour le traitement du matériel recyclé dans l'emballage pour relever les défis technologiques et les normes élevées impliquées dans la production d'emballage.
L'objectif est de réduire les déchets plastiques, de créer des emballages plus durables et de réduire la demande de matières premières grâce à la réutilisation en tant que matériaux recyclés, augmentant ainsi la fiabilité de l'offre en Europe grâce à la circularité.
Pour y parvenir, les chercheurs de Fraunhofer IVV ont développé des outils d'optimisation basés sur l'IA et les ont connectés via un espace de données. Cette approche permet de prendre efficacement les nombreuses exigences que l'emballage en plastique doit répondre. En particulier, il débloque également les moyens de recycler ces packages et de les optimiser dans l'ensemble.
Parallèlement à la compatibilité et à l'impact environnemental, les aspects de la fonctionnalité, de la conception, de l'acceptation des clients et de la faisabilité de la fabrication sont également pris en compte. Une fois que toutes les données sont entièrement intégrées, les outils d'IA suggèrent les meilleures conceptions d'emballage possibles pour un certain produit tout en minimisant l'utilisation des matériaux.
L'espace de données rassemble toutes les données numériques sur les propriétés, les origines et les destinations des matériaux pour le faire et réticule les informations. De cette façon, il fournit une infrastructure partagée pour l'échange de données au-delà des portes d'usine. Le modèle de données sous-jacent à l'ensemble complet, qui permet le partage des données entre les différentes parties prenantes en premier lieu, a également été développé à Fraunhofer IVV.
Numérisation des flux de matériaux pour protéger les consommateurs
« Pour améliorer l'incorporation de matériaux recyclés dans des solutions d'emballage, un espace de données partagé est crucial », explique Andrea Büttner, directrice de l'Institut chez Fraunhofer IVV. « Le plastique recyclé est un matériau précieux. Mais la qualité du plastique recyclable doit être correcte. Si le matériau recyclé est contaminé par des substances indésirables telles que d'autres types de plastique, d'encres d'impression ou de produits de dégradation, il peut séduire la qualité et même rendre le matériau inutilisable. Une fois que les plastiques sont recyclés, ils peuvent contenir des contaminants. »
Et cela pose un défi particulier pour l'industrie. Cela signifie que dans l'ensemble de l'industrie, des producteurs de matériaux recyclés et d'entreprises qui fabriquent des films d'emballage au secteur alimentaire, le partage systématique de données est nécessaire, ainsi qu'une seule langue pour traiter les plastiques. Les matériaux impliqués sont principalement des polyoléfines, qui représentent le plus grand groupe de plastiques et peuvent changer considérablement pendant le traitement.
L'IA aide à choisir la bonne méthode de recyclage
« Les outils dirigés par l'IA sont indispensables en ce qui concerne le recyclage de haute qualité des matériaux plastiques. Les solutions logicielles modulaires que nous développons chez Fraunhofer IVV aident à des aspects tels que la caractérisation et l'analyse des propriétés des matériaux, et ils relie différents flux d'informations ensemble de manière à ce qu'un champ d'application approprié puisse être identifié pour les matériaux récupérés avec les modélies de la bibliothèque, » dit Matthias Rentel Fraunhofer IVV.
« Notre outil d'IA pour la production d'emballage utilise autant d'informations que possible sur le matériau recyclé pour déterminer la chaîne de traitement optimale afin que ce qui se retrouve sur les étagères des magasins soit une tasse de yaourt fabriquée de manière durable avec une épaisseur de paroi homogène et la forme souhaitée, par exemple. »
Les chercheurs analysent également la qualité des matériaux recyclés en utilisant la chromatographie, qui à son tour s'appuie également sur des outils d'IA pour améliorer l'identification des substances. L'objectif ici est d'empêcher les matériaux recyclés inadaptés ou contaminés d'entrer dans le cycle, ce qui peut se produire même avec un bon tri.
Les outils d'optimisation basés sur l'IA et l'espace de données interconnectés fournis par Fraunhofer IVV et ses partenaires de projet sont même directement incorporés dans les processus de production des fabricants dans certains cas. Cela rend possible des suggestions en temps réel pour un traitement ultérieur, selon les matériaux recyclés utilisés sur les machines sur place.
Les outils d'IA abordent l'écart des matériaux recyclés
L'utilisation de matériaux recyclés dans des produits en plastique augmente régulièrement. Cependant, même malgré cette tendance, le volume de plastiques recyclés sera insuffisant pour atteindre les niveaux de matériaux recyclés requis par la loi. Cela conduira à un écart en constante évolution entre l'offre et la demande dans le cas des plastiques recyclés au cours des prochaines années. D'ici 2030, la demande de matériaux recyclés devrait dépasser l'offre de 30%.
« Les solutions isolées ne seront pas suffisantes pour combler l'écart de recyclage dans le secteur des plastiques à long terme. Nous abordons ce problème avec nos outils d'optimisation dirigés par l'IA, qui interlignent le matériel et les flux d'information. Nous portons les parties prenantes à partir d'une grande variété de différentes industries et essayant de répondre plus efficacement aux pénuries de ressources », dit Büttner.
Des experts du secteur de la recherche, de l'industrie, du gouvernement et des associations de partout en Allemagne se réuniront à l'événement Zukunftsforum Kunststoffkreislauf, qui se tiendra à Berlin du 1er au 3 juillet, pour discuter d'une gamme complète de sujets liés aux plastiques, à l'emballage et au recyclage des deux. L'objectif est de rassembler les gens pour discuter des approches innovantes de la transformation en économie circulaire économe en ressources et traduire des solutions concrètes en pratique réelle.
Pour fermer le cycle d'emballage en plastique autant que possible, 51 partenaires de l'industrie, du secteur de la recherche et de la société civile travaillent ensemble dans deux laboratoires d'innovation: Kioptipack, qui se concentre sur la conception et la production, et K3i-cycliste, qui traite du recyclage et du tri des matériaux. Les laboratoires ont été créés pour permettre le partage croisé des données et s'assurer que toutes les résultats pertinents sont pris en compte dans l'ensemble de la chaîne de valeur.
