Forschungsprojekt SmartReUSE Künstliche Intelligenz optimiert Rezyklate

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Wie lassen sich Rezyklate so verbessern, dass sie in Qualität und Zuverlässigkeit mit neuen Materialien mithalten können? Die Forschung setzt dafür auf künstliche Intelligenz und will so die Materialeigenschaften besser vorhersagen können.

Die Kunststoffindustrie steht vor einer großen Aufgabe: Sie soll zunehmend wiederverwertete Materialien einsetzen und gleichzeitig die gleiche Qualität liefern wie bei neu produziertem Kunststoff. 

Genau hier setzt das Projekt „SmartReUSE“ an. Es wird von der Europäischen Union und dem Freistaat Bayern gefördert und verfolgt ein klares Ziel: Kunststoffe aus Abfällen so aufzubereiten, dass sie zuverlässig und hochwertig in neuen Produkten eingesetzt werden können.

Was sind Rezyklate?

Unter Rezyklaten versteht man Kunststoffe, die aus Produktionsresten oder aus gebrauchten Produkten zurückgewonnen werden. Man unterscheidet dabei zwischen:

• Post Industrial Rezyklaten (PIR), also Resten aus der Industrieproduktion
• Post Consumer Rezyklaten (PCR), die aus bereits genutzten Produkten wie Verpackungen stammen

Beide Arten sollen im Projekt künftig stärker genutzt werden, um Erdöl einzusparen und den CO₂-Ausstoß zu verringern. „Wir wollen zeigen, dass Recycling-Kunststoffe kein Kompromiss sein müssen, sondern eine echte Alternative zu neuem Material sein können“, erklärt Prof. Dr. habil. Michael Nase, Projektleiter und Leiter des Instituts für Kreislaufwirtschaft der Bio:Polymere der Hochschule Hof (ibp).

Herausforderung: Schwankende Materialeigenschaften

In der Praxis ist der Einsatz von Recycling-Kunststoffen oft schwierig, weil ihre Eigenschaften schwanken. Mal sind sie besonders fest, mal weniger belastbar, mal verändern sie sich bei Hitze anders als erwartet. 

Zu den wichtigsten Materialeigenschaften zählen:

• Thermische Eigenschaften: Verhalten bei Temperaturveränderungen
• Rheologische Eigenschaften: Fließverhalten im geschmolzenen Zustand
• Physikalisch-chemische Eigenschaften: Zusammensetzung und Struktur
• Mechanische Eigenschaften: Festigkeit, Elastizität und Belastbarkeit

Im Projekt werden all diese Eigenschaften genau untersucht und dokumentiert. 

Künstliche Intelligenz ersetzt aufwendige Testreihen

„Entscheidend ist, die Eigenschaften der Rezyklate ganzheitlich zu verstehen“, erläutert Stefanie Rank, wissenschaftliche Mitarbeiterin am ibp. Daher werden die Mateiralien systematisch analysiert, um belastbare Aussagen über die Verarbeitbarkeit treffen zu können. „Das ist essenziell für alle weiteren Schritte“, so Rank weiter.

Die dabei entstehenden Material- und Prozessdaten werden mithilfe einer Mustererkennungssoftware ausgewertet. „Die KI erkennt Zusammenhänge zwischen Materialzustand, Maschineneinstellungen und Produkteigenschaften und kann daraus konkrete Handlungsempfehlungen ableiten“, erklärt Maurice Bäcker, wissenschaftlicher Mitarbeiter am iisys. Diese Empfehlungen beinhalten etwa das Mischverhältnis verschiedener Kunststoffe oder den Einsatz von Additiven und Stabilisatoren. 

„Unser Ziel ist es, Unternehmen klare und verständliche Handlungsempfehlungen zu geben“, so Jörg Scheidt, Leiter der Forschungsgruppe Analytische Informationssysteme am iisys. Sie sollen schneller entscheiden können, welche Mischung und welche Maschineneinstellung zum gewünschten Ergebnis führen.

Teilprojekte in Kooperation mit Unternehmen der Region

Das Projekt wird an der Hochschule Hof in enger Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Kreislaufwirtschaft der Bio:Polymere unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Michael Nase und der Forschungsgruppe Analytische Informationssysteme des Instituts für Informationssysteme unter der Leitung von Prof. Dr. Jörg Scheidt durchgeführt.

Das Projekt ist in verschiedene Teilprojekte unterteilt, welche in Kooperation mit verschiedenen Industriepartnern umgesetzt werden. Dazu gehören unter anderem:

• der Recycler KomRec-ReCond 
• die Kunststoffverarbeiter BKW Kunststoff, Wikutec und Kunststofftechnik Schnitzler 
• der Analysegerätehersteller: Erich Netzsch 
• das Softwareunternehmen Smartlytic 

Durch auf die Unternehmen abgestimmte Recyclingprojekte wird die entwickelte Mustererkennungssoftware validiert und für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) nutzbar gemacht. 

Halter für Bierfässer aus recyceltem HDPE

Das Projekt läuft von 2025 bis 2028. Im ersten Teilprojekt werden verschiedene Ströme aus gebrauchten Verpackungskunststoffen vom Typ PCR-HDPE untersucht. 

HDPE steht für Polyethylen hoher Dichte, ein besonders stabiler und weitverbreiteter Kunststoff. Er wird häufig für Flaschen oder Kanister verwendet. Ziel ist es, das Material so aufzubereiten, dass daraus Halter für Bierfässer hergestellt werden können.