Ekologiczny przemysł opakowań. Jak osiągnąć zrównoważoną produkcję?
Opublikowano 9 lutego 2022 w Sustainable Manufacturing
Ekologiczny przemysł opakowań. Jak osiągnąć zrównoważoną produkcję?
Ograniczenie ilości odpadów w branży opakowań jest jednym z kluczowych aspektów walki ze zmianami klimatycznymi. Związane z tym wyzwania wymagają elastycznej i wydajnej technologii automatyzacji.
W obliczu rosnących większych wysiłków na rzecz zrównoważonego rozwoju niezbędne jest znalezienie sposobów opracowywania bardziej przyjaznych dla środowiska opakowań, oszczędzania zasobów oraz poleganie na inteligentnych i wydajniejszych liniach produkcyjnych.
Potrzebujemy podejścia holistycznego. Przykładem są kapsułki z kawą: z jednej strony klienci potrzebują szybkiego i łatwego sposobu przygotowywania porannej filiżanki kawy. Z drugiej strony, popularne kapsułki jednorazowe stanowią ogromne obciążenie dla środowiska. Bardziej ekologiczny konsument wymaga, aby ziarna kawy były uprawiane w sposób zrównoważony i sprawiedliwy. Dodatkowo chce, aby kapsułki były produkowane w sposób przyjazny dla środowiska, a sposób ich recyklingu musi stać się bardziej ekologiczny. Kluczowe znaczenie ma nowe podejście do zrównoważonej produkcji.
Nie ma wątpliwości, że na całym świecie produkuje się i utylizuje zbyt dużo plastiku. W ostatnich latach produkcja tworzyw sztucznych rosła wykładniczo – z 2,3 mln ton w 1950 r. do 448 mln ton w 2015 r. Wartość ta może się znów podwoić do roku 2050. Kolejnym problemem jest fakt, że tworzywa sztuczne często zawierają dodatki, które przyczyniają się do zwiększenia ich wytrzymałości, elastyczności i trwałości. Jednak wiele z tych dodatków wydłuża czas rozkładu odpadów o ponad 400 lat. W tym kontekście branża opakowań jest jedną z głównych gałęzi, które przyczyniają się do problemu tworzyw sztucznych. Wymaga to pilnej reakcji. Przemysł stoi w obliczu gigantycznego zadania, polegającego na opracowaniu zrównoważonych alternatyw plastiku, redukcji ilości odpadów przy jednoczesnym obniżaniu zużycia energii i wykorzystaniu jej alternatywnych źródeł.
Pięć filarów ekologicznych opakowań
Co powinniśmy brać pod uwagę w kwestii bardziej ekologicznych opakowań? Pierwszą rzeczą jest zmniejszenie ilości materiałów opakowaniowych. Nie tylko w odniesieniu do zawartości tworzyw sztucznych w opakowaniach pierwotnych, lecz również w opakowaniach wtórnych i końcowych. Kolejnym zagadnieniem, nad którym należy pracować, jest wyeliminowanie stosowania opakowań jednorazowych. Niektóre strategie rozwiązania tego problemu zaczynają się od zwiększenia wykorzystania i skalowania systemów wielokrotnego użytku. Kolejnym etapem jest przeprojektowanie opakowań przy użyciu alternatywnych materiałów opakowaniowych, które ułatwiają recykling, są biodegradowalne, kompostowalne lub mają mniejszy wpływ na środowisko, gdy trafią na wysypisko. Opakowania wykonane z monomateriałów to kolejna strategia przyciągająca coraz większe zainteresowanie branży. Zapewniają one lepsze możliwości recyklingu, ale przejście na ich stosowanie może być trudne i wymagać ścisłej, wielokrotnej kontroli procesu. Sprzęt do pakowania może wymagać dostosowania lub przerobienia w celu uzyskania zaawansowanego procesu formowania, wypełniania i uszczelniania, który zapewni taką samą jakość i parametry.
Wszystkie te działania mające na celu wprowadzenie bardziej ekologicznych opakowań muszą być połączone z infrastrukturą zbierania odpadów. Ważna jest także pilna zmiana przyzwyczajeń konsumentów, przemysłu, sprzedawców detalicznych i całego systemu obiegu gospodarczego.
Nowe wymagania dla zakładów produkcyjnych
Jedną ze strategii na rzecz bardziej zrównoważonego rozwoju w branży opakowań jest zmniejszenie ilości plastiku, a zwłaszcza surowca pierwotnego. Kluczową taktyką w tym zakresie jest przejście z opakowań sztywnych na elastyczne. Cieńsze warstwy ścian, mniejsze rozmiary, węższe szwy i mniejsza masa to właściwa droga do zmniejszenie ilości pierwotnego plastiku. Do tego działania należy dodać wykorzystanie już wymienionych monomateriałów, biopolimerów opartych na papierze oraz zwiększenie proporcji materiałów pochodzących z recyklingu w opakowaniach głównych, ochronnych i transportowych (opakowania pierwotne, wtórne i końcowe). Ma to wpływ na procesy i technologie na terenie fabryki, które mogą wymagać weryfikacji. Przykładowo firmy muszą sprawdzić zgodność swoich urządzeń i w razie potrzeby dostosować ich ustawienia do nowych materiałów. Dlatego warto, aby linie produkcyjne były elastyczne. Niezbędne jest też łączenie i zarządzanie nowymi informacjami na linii maszyna-maszyna. Konieczne jest również kontrolowanie wydajności urządzeń w nowych warunkach i unikanie powstawania jak największej ilości odpadów.Przejdź na nowe materiały, zapewnij jakość i bezpieczeństwo
Nawet w przypadku stosowania w opakowaniach bardziej przyjaznych środowisku materiałów zapewnienie jakości produktu końcowego jest nadal najważniejsze. Na linii produkcyjnej przejście na bardziej ekologiczne materiały oznacza też unikanie typowych problemów z opakowaniem głównym. Zacięć i rozdarć materiału, niskiej jakość zgrzewów lub niewłaściwego etykietowanie.
Na przykład materiały papierowe mają inną odporność na rozdarcia i przebicie, co oznacza bardziej precyzyjną kontrolę formowania opakowań. Folia termokurczliwa wykonana z plastiku pochodzącego z recyklingu ma bardzo odmienne właściwości w porównaniu do folii wykonanej z materiałów pierwotnych. Tworzy to potrzebę dokładnej kontroli temperatury kurczenia. Ponadto w opakowaniach wtórnych należy uwzględnić inne aspekty, którym ostatnio poświęca się coraz więcej uwagi. Ograniczanie liczby punktów topnienia klejów podczas układania i uszczelniania kartonów, wdrażanie strategii redukcji ilości materiałów, w tym lekkich materiałów falistych, lub rozpakowywanie i przepakowywanie zawartości palety z wykorzystaniem kartonów wykonanych z bardziej ekologicznego kartonu i materiałów alternatywnych. Wszystkie te strategie, mające na celu zwiększenie trwałości opakowań, wymagają starannej analizy w celu określenia punktu na linii, którą należy zmodernizować w celu zapewnienia najwyższej jakości i bezpieczeństwa produktu.
Potrzebne są przyszłościowe rozwiązania produkcyjne wykorzystujące technologie automatyki i robotyki, które umożliwiają elastyczną pracę z różnymi materiałami. Poniższe przykłady pokazują, na co firmy powinny zwrócić szczególną uwagę.
1. Rozwiązanie problemu zacinania się folii
Cieńsze, pochodzące z recyklingu folie są bardziej ekologiczne, ale mogą szybciej ulegać zaplątaniu. Nawet niewielkie zmiany grubości folii prowadzą do nierównomiernego nawijania i odwijania, a także do zwiększenia naprężenia folii. Nierównomierne naprężenie powoduje z kolei występowanie wad podczas formowania lub zgrzewania woreczka, takich jak zwijanie, rozrywanie, składanie, przesuwanie na boki lub brak wyrównania. Prawidłowa obsługa przy maksymalnej przepustowości i minimalnym zużyciu folii ma kluczowe znaczenie dla ogólnej wartości OEE (wydajności oryginalnego sprzętu). W związku z tym, jeśli w zgrzewie tworzą się zagniecenia, operatorzy powinni sprawdzić, czy nie występują błędy w maszynie, które przyczyniają się do nieprawidłowego podawania folii. Przykładem mogą być nieprawidłowo ustawione rolki i urządzenia podające lub zablokowane rolki, które nie obracają się swobodnie. System sterowania naprężeniem folii firmy OMRON zapewnia zsynchronizowaną kontrolę naprężenia, podawania i cięcia. Jego dopełnieniem jest funkcja wykrywania znaczników (kolorów) w celu kompensacji folii za pomocą sterowania ruchem, co zapewnia optymalne odwijanie rolki. Katalog opakowań firmy OMROM oferuje szeroki zakres bloków funkcyjnych do obróbki folii na maszynach VFFS.2. Rozwiązanie problemu szczelności folii
Cieńsze materiały foliowe zapewniają niższe koszty i lepszą estetykę. Jednakże materiały te są bardziej wrażliwe na wysoką temperaturę i podatne na przypalenia w przypadku stosowania tradycyjnych klejów i technologii zgrzewania. Rzeczywista temperatura zgrzewania musi być zatem stale i dokładnie kontrolowana i automatycznie regulowana. Tak aby uniknąć utraty produktywności lub wad zgrzewu, które powodują powstawanie odrzutów i odpadów. Firma OMRON podejmuje to wyzwanie za pomocą opartego na sztucznej inteligencji algorytmu do sterowania temperaturą, zsynchronizowanego z ruchem maszyny i technologią czujników, które można umieścić bliżej listwy zgrzewającej. Szumy są kompensowane przez funkcję automatycznej regulacji filtra.3. Rozwiązanie problemu kontroli jakości opakowań i etykiet
Opakowania z możliwością wielokrotnego zamykania lub woreczki z wylotami punktowymi coraz częściej zastępują sztywne plastikowe pojemniki. Elastyczne opakowania z nowymi elementami, takimi jak zamknięcia z możliwością zamykania, stawiają różne wymagania w zakresie kontroli integralności i jakości. Cieńsze folie, materiały biodegradowalne lub surowce o wyższej zawartości materiałów pochodzących z recyklingu mają inną odporność termiczną, na wydłużenie i przebicie. Różnice te mogą prowadzić do nieregularności kształtu i krawędzi podczas formowania i cięcia. Bardziej ekologiczne materiały, takie jak materiały nielaminowane lub monomateriały, mają również nietrwały kształt i mogą w ograniczony sposób oddawać treść etykiet oraz powodować zmniejszenie ich trwałości. Odczytywanie, sprawdzanie lub weryfikowanie informacji na etykiecie na opakowaniu jest trudne, gdy kształt jest niespójny lub zmienia się jakość nadruku. Firma OMRON rozwiązuje ten problem za pomocą szybkiego systemu kontroli: ten prosty i skalowalny system nadaje się do obsługi wielu linii i umożliwia przejrzystą integrację z systemami robotycznymi. Oferuje platformę z wieloma kamerami i jednym kontrolerem do szybkiego przechwytywania wielu obrazów w celu niezawodnego wykrywania potencjalnych usterek. Zaawansowane algorytmy pomagają wykrywać trudne do odczytania znaki, w zmiennych warunkach oświetleniowych i przy dużych prędkościach.
4. Rozwiązanie problemu związanego z nowymi klejami i technikami klejenia
Eliminacja taśm i minimalizacja wykorzystania klejów zwiększa możliwości recyklingu kartonów. Usunięcie silikonowej taśmy powoduje, że opakowanie w 100% nadaje się do recyklingu i ulega biodegradacji. W produkcji i uszczelnianiu kartonów firmy coraz częściej polegają na strategicznym i ograniczonym stosowaniu klejów. Wymaga to wysokiej precyzji i ciągłej kontroli jakości. Dzięki zautomatyzowanemu systemowi kontroli wizyjnej firma OMRON umożliwia dokładne wykrywanie wzorów kleju. Ustawienia wysokiej rozdzielczości i jasności umożliwiają wykrywanie defektów o niskim kontraście, nawet w najtrudniejszych warunkach oświetleniowych lub w przypadku materiałów trudnych do wykrycia.5. Rozwiązanie problemu obsługi wielu materiałów
Opakowania kartonowe wykonane z włókien pochodzących z recyklingu mają większą porowatość i są bardziej elastyczne. W przypadku użycia tradycyjnych maszyn lub ręcznego rozpakowywania i przepakowywania obsługa opakowań wykonanych z kartonu pochodzącego z recyklingu może być trudna. Tradycyjne rozwiązania paletyzacji są skomplikowane w dostosowaniu i programowaniu. Zajmują dużo miejsca i nie można ich przenieść do innych części zakładu, jeśli zajdzie taka potrzeba. Dlatego też zaleca się zastosowanie zintegrowanego robota współpracującego z dedykowanymi chwytakami, aby bezpiecznie obsługiwać nieregularne kształty, różne poziomy porowatości i delikatne przedmioty.
Firma OMRON oferuje kompleksowe rozwiązanie w zakresie automatyzacji linii opakowań przyjaznych dla środowiska. Wspomaga to firmy w stosowaniu rozwiązań ekologicznych i zwiększających wydajność. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu istniejących maszyn do obsługi nowych materiałów nadających się do recyklingu i jednocześnie zapewniających wysoką jakość produktów. Sysmac to zintegrowana platforma automatyki, która zapewnia pełną kontrolę i zarządzanie zautomatyzowanym zakładem. Podstawowym elementem tej platformy jest seria sterowników maszyn, które umożliwiają synchroniczne sterowanie wszystkimi urządzeniami. Sterowniki oferują też zaawansowane funkcje, takie jak obsługa ruchu, robotyki i łączności z bazami danych. Ta wielodyscyplinarna koncepcja pozwala uprościć architekturę, zmniejszyć nakład pracy związany z programowaniem i zoptymalizować produktywność.
