Advanced Retention Packaging en Eco-Bundle marktrijp
Duurzame verpakkingsoplossingen KU Leuven
Het lijkt op het eerste gezicht een wat ongebruikelijke combinatie: een universiteit die duurzame verpakkingsmachines ontwikkelt. Maar de KU Leuven doet het. Advanced Retention Packaging en Eco-Bundle zijn twee van die recent ontwikkelde concepten. Eerstvolgende project is een herbruikbare verpakking voor de e-commerce.
Een van de drijvende krachten achter het labo waar duurzame verpakkingsoplossingen worden ontwikkeld aan de KU Leuven is prof. Marc Juwet van de Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen. Wij spreken hem over zijn labo en de recente innovaties. “In 2019, vlak voor de coronapandemie, hebben wij een laboratorium opgericht, specifiek gericht op innovatieve Logistieke Technologie, L-iTL genoemd. Hierbij ligt onze focus op indoorlogistiek en duurzame verpakkingsoplossingen. Gedurende de afgelopen vijf jaar hebben we onder andere intensief onderzoek gedaan naar efficiënte, kosteneffectieve en milieuvriendelijke verpakkingsmethoden.”
Advanced Retention Packaging
"Een van de innovatieve concepten die het labo in de laatste jaren heeft ontwikkeld is Advanced Retention Packaging. Dit systeem biedt een verbeterde versie van de bestaande retention packaging, waarbij een product op een kartonnen tray wordt gefixeerd met rekfolie. De traditionele methoden waren echter niet optimaal voor producten met scherpe randen of een hoog gewicht. Het nieuwe systeem kent drie belangrijkere verbeteringen", vertelt Juwet.
De eerste zijn trapvormige uitsparingen in het karton, die ervoor zorgen dat de folie beter gespannen blijft en voorkomen dat het product verschuift. “Dat werkt zelfs bij een cilindervormige motor van 25 kilogram. Ondanks dat die makkelijk verrolt, werkt de folie op dergelijke getrapte tray perfect. Ook als je de doos laat vallen op de zijkant. Het blijkt dat je om het beste resultaat te krijgen in het midden moet beginnen te wikkelen. Onze machine kan dus het te wikkelen object naar voren en achteren bewegen en dat is heel bijzonder bij een horizontale wikkelmachine.”
De tweede is een dynamische spanningsregeling waarbij de wikkelkracht wordt aangepast afhankelijk van het producttype en scherpe randen. Als derde wordt er gerecycleerd materieel gebruikt, zowel in de kartonnen trays als in de folie, om duurzaamheid te bevorderen.
Automatisering en efficiëntie
Het wikkelproces kan volledig geautomatiseerd worden. Een product wordt op een kartonnen tray geplaatst, vervolgens gewikkeld met rekfolie en in een doos geplaatst. “Voor producten met scherpe randen of uitsteeksels passen we een geavanceerde wikkelstrategie toe waarbij de trekkracht in de folie laag voor laag wordt opgebouwd. De onderste lagen folie vermijden dat de bovenste strak gespannen lagen gaan scheuren bij scherpe hoeken. Dit zorgt voor een robuuste verpakking.”
Daarnaast is er een machine in ontwikkeling die automatisch de zijflappen omhoog plooit en het geheel in een doos plaatst. Dit elimineert de behoefte aan handmatige arbeid, wat belangrijk is in een tijd waarin bedrijven moeite hebben om voldoende personeel te vinden voor verpakkingsprocessen.
"Automatisering zorgt ook voor een kostenreductie. Deze komt bovenop de besparing doordat een goedkope doos kan gebruikt worden. De opstaande flappen van de tray dragen het gewicht als dozen gestapeld worden.” De kost van het verpakkingsmateriaal bij Advanced Retention Packaging is vergelijkbaar met de kost bij gebruik van opvulmateriaal, erkent Juwet. “De personeelsbesparing varieert dan weer van case tot case.”
De capaciteit van een verpakkingslijn varieert met het gewicht van het product. “Als we allemaal producten moeten wikkelen van 25 kg, gaat dat misschien zes orders per minuut zijn.” Als een product lichter is, kunnen er meer orders per minuut gewikkeld worden. “Hoe zwaarder het product, hoe meer toeren folie er nodig zijn om het product op zijn plaats te houden”, aldus Juwet.
Praktijkervaring en testresultaten
Marc Juwet vertelt dat het eindproduct dat op deze manier wordt gewikkeld inmiddels uitgebreid is getest. “Onze technologie is geoptimaliseerd door meer dan 5.000 valtesten, waarbij de bescherming vergelijkbaar of zelfs beter bleek te zijn dan traditionele methoden zoals tweecomponentenschuim. We hebben voor de valtesten een worstcasescenario gehanteerd door de doos te laten vallen op de onderzijde, op een van de zijkanten, op het deksel. In de praktijk valt een doos meestal op een ribbe of op een hoek van de doos. Dan doet die doos dienst als kreukelzone en dan is de kans op productschade nog kleiner dan bij onze valtesten.”
De ingenieurs van KU Leuven voerden zelfs een privétest uit om de vinding op de proef te stellen. “We hebben testverpakkingen met flesjes bier wereldwijd als kerstcadeaus verstuurd. Alle flessen arriveerden onbeschadigd, wat een extra bevestiging is van de effectiviteit van onze verpakkingsmethode.”
Een ander praktijkvoorbeeld is een samenwerking met een Nederlands bedrijf dat deuren via e-commerce verkoopt. "Met onze geavanceerde wikkeltechnologie kunnen we zware, kwetsbare producten zoals deuren veilig verpakken en beschermen tegen schade tijdens transport, zonder gebruik te maken van volumineus en moeilijk recycleerbaar opvulmateriaal.”
De weg naar de markt
“We hebben ook bewust voor de meest ordinaire folie en geen hightechfolie gekozen en 100 procent gerecycleerd karton. Onze innovatie biedt daarmee een duurzaam, kosteneffectief en praktisch alternatief voor traditionele verpakkingsmethoden en speelt in op de groeiende vraag naar efficiënte en recycleerbare verpakkingen binnen de logistieke sector."
"Momenteel werken we aan de overdracht van onze technologie aan een machineproducent – A-tec, red. – die onze technologie verder wil commercialiseren. Dit bedrijf heeft ruime ervaring in verpakkingsmachines en is bezig met de ontwikkeling van verschillende bouwgroottes van de wikkelmachine, CE-dossier en andere juridische en praktische aspecten om tot een bredere marktintroductie te komen."
KU Leuven hoopt de investeringskost van de ontwikkeling van het concept en de machine terug te verdienen door de licentie-inkomsten bij de verkoop van de machine. In dit geval gaat het vooral om de loonkost van ing. Ward Nica die zijn doctoraatsonderzoek rond deze nieuwe verpakkingsmethode heeft gedaan.
Eco-Bundle
Een andere recente innovatie die het L-iTL van KU Leuven heeft ontwikkeld is de zogeheten Eco-Bundle-verpakkingsmethode met bijhorende machine. De bundelverpakking die daarmee wordt geproduceerd moet een duurzaam alternatief bieden voor krimpfolie in de drankindustrie. In de hedendaagse verpakkingsindustrie is duurzaamheid immer een steeds belangrijker thema. De traditionele manier van bundelen van flessen in de detailhandel, waarbij krimpfolie en energie-intensieve ovens worden gebruikt, staat volgens Marc Juwet steeds meer ter discussie.
Een innovatieve oplossing, de Eco-Bundle, biedt volgens hem dan ook een milieuvriendelijk alternatief dat niet alleen ecologisch verantwoord is, maar ook transporteerbaar en efficiënt in gebruik. “In supermarkten en groothandels worden flessen water, frisdrank en andere dranken vaak in bundels van zes tot acht stuks verkocht, samengehouden door krimpfolie. Dit plastic omhulsel wordt door hitte in ovens gekrompen, waardoor een stevige verpakking ontstaat. Het nadeel is echter de ecologische voetafdruk van dit proces: de ovens verbruiken veel energie (12 tot 16 kW per oven) en als de folie niet correct gerecycleerd wordt, draagt deze bij aan plasticvervuiling in rivieren en oceanen.”
Een duurzaam alternatief
De Eco-Bundle biedt een innovatieve oplossing door het gebruik van een kartonnen verpakking in plaats van plastic krimpfolie. Het concept is eenvoudig maar doeltreffend volgens KU Leuven. De flessen worden gebundeld met een kartonnen tray aan de onderkant en een minimale kartonnen band rondom de flessen. Dit gebeurt in twee opeenvolgende modules. Eerst wordt de tray rondom de flessen geplooid en vervolgens verlijmd. Deze bundel behoudt de nodige stevigheid zonder de nadelen van krimpfolie, aldus Juwet.
Het oorspronkelijke idee was om een volledige kartonnen tray met deksel te gebruiken, zoals bij melkpakken of fruitsapverpakkingen, vertelt Juwet verder. Dit bleek echter economisch niet haalbaar, omdat de kosten hoger uitvielen dan bij krimpfolie. De oplossing kwam in de vorm van een slimme kartonnen band, die de flessen stevig bij elkaar houdt en tegelijkertijd bedrukt kan worden met branding en productinformatie. Volgens Juwet heeft het concept kansen omdat de nieuwe omverpakking niet duurder is dan de bestaande.
Consumentenvoorkeur en kosten
Uit een grootschalige enquête blijkt dat consumenten graag kiezen voor een duurzamer alternatief, mits de prijs vergelijkbaar is met die van traditionele krimpfolie. Zo vertelt Juwet. “Als de Eco-Bundle slechts een fractie duurder is, bijvoorbeeld enkele centen per liter water, dan twijfelen veel consumenten. Echter, als de prijs gelijk is, kiezen vrijwel alle consumenten voor de Eco-Bundle.”
Innovatie in transport en testresultaten
Een belangrijke uitdaging bij de ontwikkeling van de Eco-Bundle was het waarborgen van transportveiligheid. Uit tests, zoals de zogenaamde ‘eumos-test’ en de ‘RAHIF-test’, blijkt dat de Eco-Bundle beter presteert dan traditionele krimpfolie. De tests simuleren onder andere de impact van plotselinge rembewegingen en langdurige trillingen tijdens transport.
Marc Juwet: “Bijzonder was dat de Eco-Bundle in deze tests zelfs beter scoorde dan krimpfolie. Waar een pallet met traditionele krimpfolie in de RAHIF test na 450 cycli begon in te storten, hield de Eco-Bundle het vol tot 600 cycli. Dit suggereert dat de nieuwe verpakkingsmethode niet alleen duurzamer, maar ook robuuster is.” Deze testresultaten zijn intussen bevestigd door transporttesten met volledige palletladingen over lange afstanden op de weg.
Technologische uitdagingen en oplossingen
Een andere uitdaging was het ontwerpen van een machine die de Eco-Bundles met hoge snelheid kan produceren. In bestaande afvulinstallaties moeten 60.000 flessen per uur verwerkt worden, wat neerkomt op ongeveer 1.000 flessen per minuut. De oplossing ligt in een carrouselmachine waarbij kartonnen planovellen onder de flessen worden geplaatst en vervolgens stevig rond de flessen worden gevouwen.
De flessen zelf spelen hierin een cruciale rol: doordat ze strak tegen elkaar worden geklemd, ontstaat er een stabiele bundel zonder extra tussenlagen. Het traditionele tussenvel dat normaal gesproken tussen de lagen wordt geplaatst voor de stabiliteit kan dan ook worden weggelaten.
Daarnaast was er veel aandacht voor het ontwerp van een stevig handvat. Het werd uiteindelijk gemaakt van papier, na uitgebreid testen van de sterkte en duurzaamheid. Speciale schudtests simuleerden het dragen van de bundel over langere afstanden, waarbij werd gekeken naar de krachten die op het handvat inwerken tijdens het lopen. De verpakking hield het tot 2.000 stappen. “En die loop je tijdens het boodschappen doen nooit met een dergelijke verpakking tussen de supermarkt en je auto”, aldus een tevreden Juwet.
Opschalen en implementeren
Op dit moment is er al een werkende prototypemachine die één bundel per minuut kan produceren. De volgende stap is het verder ontwikkelen van een volwaardige productielijn die kan concurreren met de snelheid van traditionele verpakkingslijnen. Een Franse drankenproducent heeft volgens Marc Juwet al interesse getoond om deze technologie te implementeren, wat aangeeft dat de markt klaar is voor deze duurzame innovatie.
E-commerce retourverpakkingen
Maar met Advanced Retention Packaging en Eco-Bundle stopt de ontwikkeling van duurzame verpakkingsconcepten niet in het lab van KU Leuven. Een veelbelovende oplossing voor de e-commercesector en de distributie van reserveonderdelen in de automotive-industrie is het gebruik van retourverpakkingen. In plaats van eenmalig verpakkingsmateriaal te gebruiken, kunnen bedrijven investeren in herbruikbare verpakkingen die meerdere keren in omloop blijven. Dit verlaagt niet alleen de afvalproductie, maar vermindert ook de kosten op lange termijn.
“Grote bedrijven versturen dagelijks enorme hoeveelheden onderdelen naar hun dealers”, verklaart Juwet. “Dit proces genereert een aanzienlijke hoeveelheid verpakkingsafval en stelt bedrijven voor de uitdaging om te voldoen aan strenge regelgeving omtrent herbruikbaarheid en recyclage. Verpakkingsmaterialen zoals wikkelfolie moeten binnenkort voor minstens 30 procent uit gerecycleerd materiaal bestaan.”
Dit brengt ook praktische uitdagingen met zich mee. “Door de mechanische eigenschappen van deze verpakkingen uitvoerig te testen, werken we aan systemen die niet alleen milieuvriendelijk zijn, maar ook praktisch inzetbaar blijven in de logistieke keten.” Hierbij ligt de focus op stevigheid, vochtbestendigheid en efficiënt transport, zodat retourverpakkingen een haalbare en economisch verantwoorde keuze worden voor bedrijven. “Daarbij moeten hergebruikte plastic verpakkingen grondig worden gereinigd, vaak met warm water en ontsmettingsmiddelen, wat de ecologische winst deels teniet kan doen.”
Foto's KU Leuven
