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24.06.2016

Schwarze Kunststoffe sortenrein trennen

blackValue – Recycling schwarzer Kunststoffe

Schwarze Kunststoffe, wie man sie von Armaturenbrettern kennt, lassen sich mit optischen Verfahren nur schwer gemäß des Kunststofftyps sortieren. Aufgrund ihres Absorptionsverhaltens sind sie für die gängigen Analysesysteme schlichtweg unsichtbar. Ein Sortiersystem von Fraunhofer-Forschern kann nun schwarze Kunststoffe sortenrein trennen.

Nach dem Einkauf im Supermarkt: Im Mülleimer sammeln sich die Kunststoffabfälle. Saft, Fleisch, Obst und andere Lebensmittel sind in Kunststoff verpackt. Allein in Deutschland fallen pro Jahr etwa 5,7 Mio. t dieses Mülls an. Nur etwa 42% der Abfälle werden für neue Produkte wie Windeln, Fleece-Pullover oder auch Stofftiere wiederverwendet. Der Rest wird energetisch verwertet, er landet in Müllverbrennungsanlagen. Dies betrifft vor allem schwarze Kunststoffe, die bislang sortenrein mit optischen Verfahren schwer zu trennen sind.

Die Sortiermaschine mit Fließband, das den kleingeschredderten Kunststoffabfall transportiert (© Fraunhofer IOSB)

Bisherige Sortiersysteme arbeiten im Nahinfrarot-Bereich, der es generell ermöglicht, Kunststoffe zu klassifizieren. Was bei den meisten Kunststoffen auch gut funktioniert, läuft bei schwarzen Ausführungen allerdings ins Leere: Der Ruß, der dem Plastik seine dunkle Farbe verleiht, absorbiert einen Großteil des Signals. Das optische System kann diese Werkstoffe nicht sehen. Dabei wird es immer wichtiger, auch die dunklen Kunststoffe wiederzuverwerten: Sollen die vereinbarten EU-Grenzwerte beim Recycling von Autos eingehalten werden, führt an der Wiederverwertung schwarzer Kunststoffe kein Weg vorbei.

Serientaugliches System trennt auch schwarze Kunststoffe

Forscher der Fraunhofer-Institute für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR in Wachtberg, für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB in Karlsruhe und für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS in Sankt Augustin bieten laut eigener Aussage mit dem Sortiersystem „blackValue“ eine Lösung für das Problem. „Wir haben erstmals ein bezahlbares Sortiersystem entwickelt, das sowohl schwarze als auch alle anderen farbigen Kunststoffe erkennt – in Echtzeit und in großen Mengen“, erklärt Prof. Thomas Längle, Abteilungsleiter am IOSB.

Das Herzstück des Systems bildet die Radarkamera. Die kleingeschredderten Kunststoffabfälle laufen über ein Fließband, an dessen Ende die Kunststoff-Flakes mit einer Geschwindigkeit von zwei bis drei Metern pro Sekunde in weitem Bogen herunterfallen. Durch diesen Strom fallender Flocken schickt die Radarkamera Terahertz-Strahlung. Auf der anderen Seite des Strahls analysiert das System, auf welche Weise die einzelnen Stückchen die Strahlung verändert haben – und analysiert aufgrund der erhaltenen Spektren, um welchen Kunststoff es sich handelt.

Binnen 35 ms fällt die Entscheidung, ob das Stück über einen gezielten Luftstoß aus dem Kunststoffstrom hinauskatapultiert wird oder darin verbleibt. Eine Farbkamera liefert zusätzliche Informationen über die Form des Objekts, um die Ausblasdüsen zur richtigen Zeit zu öffnen.

Die Radarkamera – Herzstück der Sortiermaschine – arbeitet bei 90 GHz (© Fraunhofer IOSB)

98 bis 99% sortenrein sortiert

„Je höher die Frequenz, mit der solche Kameras arbeiten, desto genauer messen sie – allerdings steigt mit der Genauigkeit auch ihr Preis“, sagt Dirk Nüßler, Geschäftsfeldsprecher Produktion am FHR. Radar oder THz- Zeilenkameras, die beispielsweise bei einer Bandgeschwindigkeit von drei Metern pro Sekunde – knapp 10 km/h – messen sollen, können schnell bis zu eine Millionen Euro kosten. Das ist unerschwinglich für Recyclinghöfe. „Wir haben daher einen Kompromiss zwischen Genauigkeit und Erschwinglichkeit gesucht.“

Algorithmen des IAIS sollen dabei helfen, diesen Spagat zu meistern; sie erkennen auch kleinste Unterschiede in den Spektren. Und da sie selbstlernend sind, arbeiten sie im Laufe der Zeit immer präziser. Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Die Kamera, die bei 90 GHz funktioniert, schafft die geforderte Sortenreinheit von 98 bis 99%.

Die Anwendungen der Terahertz-Kamera beschränken sich keineswegs aufs Recycling. „Unsere Entwicklung ist eine Schlüsseltechnologie, die sich für zahlreiche Anwendungen anbietet – sei es fürs Stahlwalzen oder die Lebensmittelherstellung“, so Nüßler weiter. Um die Kamera an unterschiedliche Anforderungen anpassen zu können, haben die Forscher sie modular aufgebaut. So lassen sich beispielsweise verschiedene Frequenzerweiterungen ähnlich wie Objektive aufstecken: Momentan sind Erweiterungen für 120 und 240 GHz in Arbeit. Anfang 2017 soll die Kamera Recyclinghöfen zur Verfügung stehen und Ende 2017 auf den Markt kommen. (me)

zusätzliche Links

Mehr Informationen zu blackValue finden Sie unter www.blackvalue.de

Weiterführende Information
  • Kunststoffrecycling

    Das Online-Special rund um das Recycling von Kunststoffen

    Nur wenige Werkstoffe sind für eine Verwertung so gut geeignet wie Kunststoffe. In unserem Special „Kunststoffrecycling“ haben wir für Sie eine Auswahl an relevanten und aktuellen Entwicklungen und Produkten zum Thema Wiederverwertung von Kunststoffen zusammengestellt.   mehr

  • An den Grenzen der Physik

    An den Grenzen der Physik

    Elektrostatische Separationsverfahren für schwarze Kunststoffe

    Schwarze Kunststoffe sind für die meisten Recyclingverfahren eine echte Herausforderung. Sie erkennen die mit Ruß eingefärbten Werkstoffe schlichtweg nicht bzw. nur unzuverlässig und stoßen somit an ihre Grenzen. Hamos setzt bei seinen Recyclinganlage daher auf ein elektrostatisches Selektionsverfahren.   mehr

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