Inside KIOptiPack: Ganzheitliche Nachhaltigkeitsbewertung von Verpackungen
Spannende Einblicke in die Forschungsgruppe Design und Produktion: Status-quo und neue Ansätze der Arbeitspakete AP 4.1. und AP 3.2 im KI-Anwendungshub
Verpackungen nachhaltig zu gestalten, erfordert mehr als nur technische Analysen. Im KI-Anwendungshub beleuchtet die Forschungsgruppe "Design und Produktion" umfassende Methoden zur Nachhaltigkeitsbewertung, die ökologische, wirtschaftliche und soziale Aspekte berücksichtigen. Spannende Studien, wie die Untersuchung der Haltbarkeit von Hackfleischverpackungen, zeigen: Weniger Kunststoff bedeutet nicht immer mehr Nachhaltigkeit.
Eine vollumfängliche und gewissenhafte Bewertung von Verpackungen erfordert die Untersuchung verschiedener Aspekte. Daher untersuchen wir im Projekt Methoden und Ansätze, die über die rein technisch Bewertung hinausgehen und die Nachhaltigkeit von Verpackungen hinsichtlich ökologischer Kriterien als zusätzlichen Entscheidungskriterium bewerten. Die Ergebnisse dienen der Unterstützung von Politik und Wirtschaft bei Entscheidungen hinsichtlich eines nachhaltigen Designs und Entwicklung neuer Verpackungen. Beispielsweise setzen wir die Ökobilanzierung als Methode ein, um Umweltauswirkungen über den gesamten Lebenszyklus einer Verpackung zu bestimmen. Wenn wir die Recyclingfähigkeit einer Verpackung bereits im Design adressieren, kann am Ende das Recycling ebendieser Verpackung erleichtert werden.
Verzicht auf Kunststoffverpackungen nicht unbedingt nachhaltiger
In den letzten Jahren hat der Trend zum Verzicht auf Kunststoffverpackungen stark zugenommen. Grundsätzlich ist es sinnvoll, wo immer möglich, auf Kunststoff zu verzichten. Allerdings gibt es auch Situationen, in denen Kunststoffverpackungen im Gesamtkontext betrachtet vorteilhafter sind. Aufgrund ihrer herausragenden funktionellen Eigenschaften wie geringem Gewicht, hoher Barrierewirkung und Flexibilität bieten Kunststoffverpackungen häufig viele Vorteile. Sie verursachen beispielsweise durch ihr geringes Gewicht weniger Emissionen beim Transport als andere Materialien und ihre Barriere-Eigenschaften schützen vor Verderb, was Lebensmittel länger frisch hält. Daher sollte die Nachhaltigkeitsbewertung von Verpackungen das Gesamtsystem berücksichtigen und Wechselwirkungen zwischen Produkt, Verbrauchsverhalten und Wertschöpfungskette einbeziehen.
Im Projekt wird aus dem Grund sowohl die objektiv bewertbare Nachhaltigkeit als auch die wahrgenommene subjektive Nachhaltigkeit untersucht.
Objektive und subjektive Bewertung der Nachhaltigkeit von Verpackungen
Das Thema der subjektiven Nachhaltigkeitsbewertung wird durch das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen (WZL) ausführlich in diversen Studien mit Proband*innen untersucht. Dabei wird erforscht, welche Auswirkung unterschiedliche Faktoren im Verpackungsdesign, wie die Farbe des Materials oder die Oberflächenbeschaffenheit, die Wahrnehmung der Verbraucher*innen hinsichtlich Qualität und Nachhaltigkeit beeinflusst. Ziel der Untersuchungen ist es dabei, Verpackungen zu entwickeln, die nicht nur nachhaltig wirken, sondern die von Verbraucher*innen tatsächlich auch als nachhaltig wahrgenommen werden.
Bei der objektiven Nachhaltigkeitsbewertung liegt der Fokus auf der Bewertung von Umweltwirkungen, die durch die Methode der Ökobilanzierung untersucht werden. Eine objektive Bewertung der Nachhaltigkeit unserer Verpackungen ist die Grundvoraussetzung, um Greenwashing zu vermeiden. Das Ergebnis einer Ökobilanzstudie hängt immer auch von den Annahmen der Modellierenden ab, z.B. durch die Wahl der Datensätze unterschiedlicher Anbieter*innen. Da diese Einflussgröße bisher nicht systematisch erfasst wurde, soll auch dies in einem Ringversuch anhand einer Beispielverpackung mit möglichst vielen LCA-Modellierr*innen im Projekt untersucht werden.
Die Fallstudie: Zusammenhang zwischen Haltbarkeit und Umweltwirkungen einer Hackfleischverpackung
Da Hackfleisch besonders leicht verderblich ist, wurde zur Untersuchung eines nachhaltigen Verpackungsdesigns im Arbeitspaket AP 4.1 am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT (Fraunhofer UMSICHT) in Zusammenarbeit mit den Forschungskolleg*innen des Arbeitspakets AP 3.2 am Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV (Fraunhofer IVV) eine erste Studie zu verpacktem Hackfleisch durchgeführt. Innerhalb der Studie konnte veranschaulicht werden, wie sich die Haltbarkeit und das Verbraucherverhalten in die Lebenszyklusanalyse (LCA) für nachhaltiges Verpackungsdesign integrieren lässt: die Auswirkung verschwendeter Lebensmittel bei einer Überschreitung der Haltbarkeit wurde in die LCA miteingeschlossen. Es konnte somit demonstriert werden, dass Veränderungen im Design, wie z.B. der Verzicht der Barriereschicht, zwar die Umweltwirkungen verbessern, jedoch dafür die Haltbarkeit des Produkts verschlechtern kann. In einer Gesamtbetrachtung aus Haltbarkeit, Verbrauchsverhalten und ökologischer Wirkung konnte gezeigt werden konnte ein Optimum ermittelt werden. Besonders bei leicht verderblichen Produkten kann die Haltbarkeit einen relevanten Einfluss auf die Gesamtbetrachtung haben, sodass im Beispiel Hackfleisch die Verpackung durch den Schutz vor Verderb eine wichtige Rolle hinsichtlich Nachhaltigkeit spielt.
Kombination von Life Cycle Assessment (LCA) und Shelf-Life-Modelling für eine ganzheitliche Nachhaltigkeitsbewertung von Verpackungen
Der Fokus der Studie lag auf einer modifizierten Atmosphärenverpackung (MAP) für Hackfleisch, da diese entscheidend für eine optimale Erhaltung der Qualität von frischen und empfindlichen Lebensmitteln ist. Die Forschungsgruppe beleuchtete wie traditionelle LCA-Studien oft die funktionalen Anforderungen, wie den Schutz vor Verderb, vernachlässigen und wie der neue Ansatz der Arbeitsgruppe mit Hilfe des Shelf-Life-Modelling diese Lücke schließen kann.
Mit spezifischen Designänderungen, wie der Anpassung der Materialstärke oder das Weglassen einer Barriereschicht in der Deckelfolie der Verpackung, konnte nachgewiesen werden, dass das Verpackungsdesign nicht nur unsere Umwelt beeinflusst, sondern auch dazu beitragen kann, je nach Verbrauchsverhalten Lebensmittelverluste zu vermeiden. Aus dem Grund werden im Rahmen des Labs KIOptiPack Methoden und Tools erforscht und entwickelt, die diese funktionalen Anforderungen quantifizieren können. Diese Daten können in die Nachhaltigkeitsbewertung einfließen. Diese kombinierte Bewertung soll zukünftig automatisiert werden, z.B. mit Hilfe digitaler Datenblätter, um eine ganzheitliche Optimierung nachhaltiger und funktionaler Verpackungen zu ermöglichen. Dadurch sollen zukünftig bestehende Verpackungen bewertet werden, um fundierte Designentscheidungen treffen zu können, die sowohl der Nachhaltigkeit als auch der Funktionalität von Verpackungen gerecht werden.
Die aktuellen Ergebnisse konnten verdeutlichen, dass die Antwort auf mehr Nachhaltigkeit nicht allein in der Reduzierung von Kunststoffen liegt. Weniger Verpackung führt nicht immer zu niedrigeren Umweltwirkungen – wenn die Reduzierung dafür zu Einbußen in der Haltbarkeit der Produkte und somit zu einer höheren Lebensmittelverschwendung führt.
Durch die Kombination von Life Cycle Assessment von Verpackungen (LCA) und dem Shelf-Life-Modelling kann in Zukunft die ganzheitliche Nachhaltigkeitsbewertung besser in die Designentscheidungen in der Verpackungsentwicklung integriert werden und damit nachhaltige Verpackungen in Bezug zu ihren funktionalen Anforderungen untersucht werden.
Dieser Beitrag wurde erstellt von Sofia Tsaka, Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Zusammenarbeit mit Anna Kerps, Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
