Künstliches Gespür für Kunststoffe

Illustration Umweltpolitische Digitalagenda

Aus den Abfällen gebrauchter Kunststoffe entstehen in Deutschland noch zu wenige hochwertige Rezyklate, die wieder in der Produktion eingesetzt werden. Das Projekt ReCircE will nicht nur das Sortierverfahren mithilfe von künstlicher Intelligenz verbessern. Ein digitaler Produktpass soll Transparenz über die gesamte Wertstoffkette schaffen – und so die Verwertung von Granulat aus komplexen Produkten wie Wasserkochern, Autositzen oder Spielzeugpuppen erleichtern.

Sechs Uhr morgens, 80 Kilometer nordwestlich von Kaiserslautern. Schichtbeginn bei Papier-Mettler in Morbach, Europas größtem Produzenten für Papier- und Kunststoffverpackungen. Ratternd fährt das Fabriktor nach oben, als ein Lkw davor zum Stehen kommt. Für den Plastikmüll im Bauch des Lastwagens beginnt gleich ein neues Leben. Zusammengesammelt in den Supermärkten und Warenhäusern der Region landen Folien, Tüten und Kunststoffverpackungen in der Recyclinganlage. Sie wird den Plastikmüll zerkleinern, waschen und schmelzen. So entsteht ein feinkörniges Granulat – und damit wertvoller Rohstoff für neue Verpackungen. 

Zu wenig Recycling von Plastikmüll

700 Kilometer entfernt, in Berlin, gießt sich Andreas Ciroth in seinem Büro einen Tee auf. Den Wasserkocher hat der Gründer des Unternehmens GreenDelta vor einigen Jahren gekauft. Wenn das Gerät irgendwann kaputtgeht, wird es sich nicht vollständig recyceln lassen. "Der Wasserkocher besteht aus vielen unterschiedlichen Materialien, und für das Kunststoffrecycling bei Elektroaltgeräten ist hoher Aufwand für die Sortierung nötig", sagt Ciroth. Das sei wirtschaftlich kaum zu leisten.

Der größere Teil der Kunststoffabfälle in Deutschland wird zum Beispiel in Müllverbrennungsanlagen energetisch verwertet, mitunter aber auch ins Ausland verbracht. Das möchte der Umwelttechniker Ciroth mithilfe von künstlicher Intelligenz ändern. Und da kommen die pfälzischen Recyclingexperten ins Spiel. Papier-Mettler, Andreas Ciroths Firma GreenDelta und weitere renommierte Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft haben sich unter dem Projektnamen ReCircE zusammengeschlossen, um den gesamten Sortiervorgang als Vorbereitung für ein hochwertiges Recycling neu aufzustellen. Zu dem Konsortium gehören außerdem das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz, die Technische Universität Darmstadt sowie die Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung. Gemeinsam haben sie sich im Rahmen des BMU-Förderprogramms als KI-Leuchtturm für Umwelt, Klima, Natur und Ressourcen beworben.

Ziel: die gleiche Kunststoffverbindung bis zu 20-mal verwenden

ReCircE soll mithilfe von künstlicher Intelligenz eine Schwäche im Sortiervorgang beheben. Zwar ist für Verpackungen wie Folien und Tüten bereits eine Sortiertechnik mittels Nahinfrarot-Spektrometrie etabliert. Sie erkennt die häufigsten Polymere und kann sie automatisiert sortieren. Die Sortierung von Kunststoffen aus komplexen Produkten mit sehr hoher Materialvielfalt und möglichen Schadstoffgehalten ist so jedoch noch nicht möglich.

Daher verwenden die Hersteller von Produkten wie Autoteilen, Lebensmittelverpackungen oder Textilen in der Regel neuen Kunststoff. Granulat aus dem Recycling kommt für sie aus Qualitäts- und Kostengründen meist nicht infrage. Dabei könnten Molekülketten von Kunststoff theoretisch bis zu 20-mal eingesetzt werden, sagt Ciroth. Nur müsste dafür der Recyclingprozess entscheidend verbessert werden. Die Kombination der etablierten sensorgestützten Verfahren mit den neuen Möglichkeiten des maschinellen Lernens könnte der Durchbruch sein. Genau da setzt ReCircE an.

Die künstliche Intelligenz produziert zukünftig sortenreine Granulate

Es beginnt beim Sortieren am Band. Mithilfe der intelligenten Kombination von Infrarottechniken und 3-D-Objektkonstruktion könnten sensorgestützte Maschinen die Zusammensetzung des angelernten Mülls analysieren – und etwa nach Gewerbe- oder Hausmüll unterscheiden. Für ReCircE hat das Fraunhofer-Institut den Prototyp einer Maschine entwickelt, die sich unter Einsatz künstlicher Intelligenz sogar trainieren lässt. "Dann wird sie mit der Zeit immer besser darin, die Herkunft des Mülls zu erkennen und die wahrscheinliche Zusammensetzung vorherzusagen", sagt Ciroth.

So gelangt der Abfall bereits besser nach Materialklassen vorsortiert in den Schmelzprozess. Dort kann er mithilfe der KI noch weiter verfeinert werden. Das passiert, nachdem der Kunststoff zu zähen Tropfen eingeschmolzen ist. KI soll zukünftig in diesem Zustand die einzelnen Molekülketten erkennen können und das geschmolzene Plastik so behandeln, dass es in die jeweiligen Fraktionen zerfällt. Ziel ist nicht ein Mischgranulat, sondern vier, fünf reine Sorten, deren Qualität mit Primärkunststoffen vergleichbar ist. Damit sollen zukünftig mehr Kunststoffe zu einem wertvollen Rohstoff für die Industrie werden.

Papier-Mettler wird dieses neue KI-gestützte Verfahren als erster Betrieb testen. Zunächst soll der Anteil von Rezyklaten bei Plastiktüten und einfachen Folien steigen, von derzeit 80 auf nahezu 100 Prozent. Anschließend wird sich der Betrieb daranmachen, recyceltes Granulat auch für hochwertige Industriefolien einzusetzen. Hier kauft Papier-Mettler bisher neues Granulat dazu.

Ein digitaler Produktpass soll für Transparenz und mehrfaches Recyceln sorgen

Doch das geplante Projekt will KI noch umfassender einsetzen: Ein digitaler Produktpass, die sogenannte Lebenszyklusakte, soll Herstellern und Recyclern den richtigen Umgang mit dem Kunststoff erleichtern. Bislang erfahren Betriebe wie Papier-Mettler nur unzureichend, welche Inhaltsstoffe ein bestimmtes Produkt enthält – und sortieren es im Zweifel aus. Hersteller wiederum setzen Techniken ein, die ein Produkt unbeabsichtigt vom Recycling ausschließen. Dazu zählen Klebetechniken, die der Recycler nicht mehr lösen kann. Ein digitaler Produktpass würde sämtlichen Beteiligten über alle Stationen des Stoffkreislaufs hinweg diese wichtigen Informationen liefern: welche Materialien eingesetzt wurden, wie sie kombiniert sind, wie das Produkt entsorgt werden muss. Hierfür hat GreenDelta bereits ein Open-Source-Tool entwickelt. Vom Hersteller über den Handel bis zum Recycler soll jeder mitlesen und mitschreiben können. Ciroth: "Mithilfe dieser Transparenz können wir einen Stoffkreislauf erzeugen, der sich viele Male wiederholen lässt."

Die Nutzung dieses Tools bedarf jedoch der Mitwirkung aller beteiligten Akteurinnen und Akteure für eine Vielzahl von betroffenen Produkten – Wasserkochern etwa, Puppen oder Smartphones. "Es wird eine zentrale Aufgabe sein, die unterschiedlichsten Hersteller und Vertreiber von einer Mitwirkung zu überzeugen", sagt Ciroth. "Wir wollen das anstoßen und hoffen, dass sich das Verfahren in den nächsten Jahren europaweit durchsetzen kann." Ein recycelter Wasserkocher: kaum Erdöl und 65 Prozent weniger CO2.

Irgendwann soll auf diese Weise ein Kunststoff aus dem Recyclingprozess herauskommen, der als Wasserkocher wieder in der Teeküche von GreenDelta landen kann. Seine Produktion wird nicht nur den Einsatz fossilen Erdöls minimieren, sondern auch bis zu 65 Prozent des CO2-Ausstoßes einsparen. Dauerhaft sieht Ciroth zu Kunststoffen keine Alternative. Kein anderes Material sei so flexibel form- und einsetzbar. "Nur die Kreislaufführung müssen wir in den Griff bekommen, weil Plastik ansonsten ein großes Umweltproblem darstellt." Aber da ist er gemeinsam mit seinen Kolleginnen und Kollegen von ReCircE dran.

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