NIR-Technologie und die Plastikkrise

Veröffentlicht am 9.10.2019

Plastikverschmutzung in der einen oder anderen Form ist praktisch überall auf unserem Planeten zu finden. Von Zigarettenstummeln über Plastiktüten und Wasserflaschen bis hin zu Mikroplastik verschmutzt Plastik unsere Lebensräume, Flüsse, Wälder, Strände und Ozeane. Die enorme Anziehungskraft, die Plastik auf uns ausübt, gepaart mit seinen Eigenschaften wie Langlebigkeit und Korrosionsbeständigkeit, und unsere Wegwerfkultur haben dazu geführt, dass Plastik allgegenwärtig geworden ist. All dies stellt eine große Herausforderung für die Natur, die Gesellschaft und die Weltwirtschaft dar.

Um diese Krise zu bekämpfen, müssen wir umweltfreundliche Alternativen zu Kunststoffen finden, die Herstellungsverfahren verbessern, Kunststoff effizienter wiederverwenden und recyceln und die Vermüllung stoppen. Glücklicherweise kann uns die Technik dabei helfen. Viele Sortier- und Recyclingtechnologien basieren auf der optischen Spektroskopie. Die NIR (Near infra-red)-Technologie ist ein besonders gutes Instrument, um verschiedene Kunststoffe leicht voneinander zu unterscheiden und die Effizienz von Sortierung und Recycling erheblich zu verbessern.

Was sind Kunststoffe?

Kunststoffe wurden in den späten 1940er und frühen 50er Jahren in der Welt eingeführt. Kunststoffe wurden schnell populär. Sie sind vielseitig, leicht, flexibel, feuchtigkeitsbeständig und stark. Leider sind sie auch eine Bedrohung für die Umwelt, denn diese synthetischen oder halbsynthetischen Materialien werden in erster Linie aus fossilen Brennstoffen hergestellt: Erdöl, Gas und Kohle. Ihre zahlreichen Varianten wie ABS, Polycarbonat, Polyethylen, PET, PVC, Polypropylen und Polystyrol werden in einer riesigen und wachsenden Zahl von Anwendungen eingesetzt.

Kunststoffe enthalten oft Zusatzstoffe, die sie stärker, flexibler und haltbarer machen. Diese Eigenschaften können durch den Zusatz von verstärkenden Füllstoffen, Farben, Schaumstoffen, Flammschutzmitteln, Weichmachern usw. verändert werden. Dank dieser Zusatzstoffe sind Kunststoffe unglaublich langlebig.

Viele der in Kunststoffen verwendeten Zusatzstoffe können Chemikalien wie Phthalate, Bisphenol A (BPA) oder Flammschutzmittel enthalten, von denen sich viele als schädlich erwiesen haben. Sie wirken als krebserregende und endokrin wirksame Chemikalien und beeinträchtigen das neurologische System und das Immunsystem von Mensch und Tier.

Skalierbares Recycling

Die Verwendung von Plastik als Wegwerfmaterial und seine schlechte Bewirtschaftung durch Industrie und Regierungen haben zu einer Umweltkatastrophe geführt. Schätzungen zufolge ist ein Drittel des Plastikmülls als Verschmutzung in die Natur gelangt.

Da Kunststoffe aus fossilen Brennstoffen hergestellt werden, ist die Verbrennung von Plastik ein schlechter Umgang mit unseren knappen natürlichen Ressourcen. Die Kunststoffproduktion ist für 4 % des jährlichen weltweiten Öl- und Gasbedarfs verantwortlich. Die Kohlendioxidemissionen steigen jedes Jahr durch die zunehmende Produktion und Verbrennung von Kunststoffabfällen. Nur 14 % der Kunststoffverpackungen werden für das Recycling gesammelt. Im wahrsten Sinne des Wortes, was für eine Verschwendung!

Bislang war Recycling unrentabel, und die Skalierbarkeit von Recyclingmethoden war nicht erfolgreich. Die Betriebskosten für Recyclingunternehmen waren aufgrund der Kosten für die Abfallsammlung und -trennung und des begrenzten Angebots an wiederverwertbarem Kunststoff hoch. Die enorme Vielfalt an Kunststoffverpackungen hat sich als großes Problem für die Recyclingindustrie erwiesen.

Die Ausweitung des Recyclings ist eine reale Möglichkeit und könnte durch die Lösung von Qualitätsproblemen erreicht werden, die sich aus dem hohen Anteil an gemischten und verunreinigten Kunststoffabfällen ergeben. Eine effektive Kunststoffwirtschaft nach der Verwendung könnte dazu beitragen, mehr Materialwert zu gewinnen und die Ressourcenproduktivität zu steigern. Glücklicherweise haben einige Vorreiter wie Adidas bereits erste Schritte zur Wiederverwendung von Kunststoffen in ihren Produkten unternommen und ebnen auch kleineren Unternehmen den Weg.

Kunststoffverschmutzung mit NIR-Spektroskopie lösen

Die Trennung und Sortierung von Kunststoffharzen aus Siedlungsabfallanlagen ist ein großer Schritt in Richtung einer Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe. Das breite Spektrum an Kunststoffharzen stellt eine einzigartige Herausforderung für den Recyclingprozess dar. Die Identifizierung und Sortierung erfolgt traditionell manuell. Das macht sie langsam, ineffektiv und kostspielig, selbst mit Hilfe von Kennzeichnungssystemen und optischen Sortierverfahren wie Hyperspektralkameras, die ebenfalls teuer sind.

Genaue Sortierung ist entscheidend für die Herstellung von hochwertigem Recyclingmaterial. Die NIR-Spektroskopie ist eine hervorragende Option für die automatisierte Sortierung, da sie Spezifität ohne jegliche Oberflächenvorbehandlung bietet. Bei der Identifizierung wird das Licht einer Glühbirne auf dem Material reflektiert. Ein bestimmter Kunststofftyp kann durch die diffuse Reflexion des Lichts auf einen Empfänger identifiziert werden, der für den nahen Infrarotbereich des Spektrums empfindlich ist. Mit Hilfe modernster Algorithmen des maschinellen Lernens werden dann verschiedene Kunststoffarten anhand ihres einzigartigen "Fingerabdrucks" der Reflexionskurve unterschieden. Dadurch eignet sich die Technik ideal für die genaue Sortierung unbekannter Kunststoffabfälle, unabhängig von ihrer Farbe (schwarze Kunststoffe stellen aufgrund ihrer schlechten Reflexion von Infrarotlicht immer noch eine Herausforderung dar, aber viele Forscher versuchen, diese Einschränkung zu überwinden)

Die Vorteile von NIR-Sensoren beim Recycling

Miniaturisierte und erschwingliche NIR-Sensoren und -Scanner können in intelligente Sammelbehälter eingebaut werden, um Kunststoffe zu identifizieren und sie genauer zu sortieren. Dies kann bereits an den Sammelstellen geschehen, was den restlichen Recyclingprozess verbessert. Handscanner sind auch ein nützliches Instrument, um die manuelle Sortierung zu beschleunigen und ihre Qualität zu verbessern, wo dies erforderlich ist. Vielleicht könnte ein tragbarer Materialscanner in Zukunft dabei helfen, die Kunststoffe zu Hause zu sortieren, bevor sie in die Recyclingtonne geworfen werden.

NIR-Sensoren haben sich bereits als effizient bei der mechanischen Sortierung von Kunststoffen in Sortieranlagen und als schnell und genau bei der Inline-Kunststofferkennung erwiesen. Sie sind auch eine erschwingliche Option, da die Entwicklung der MEMS-Technologie zu sehr kostengünstigen NIR-Lösungen geführt hat. Unsere NIRONE-Sensoren können beispielsweise in industriellen Sortieranlagen eingesetzt werden, wo die Sensoren Kunststoffe in verschiedenen Stufen des Materialflusses erkennen, trennen und nach Sorten sortieren.

Mit Hilfe von Sortierverfahren, die auf der NIR-Spektroskopie basieren, ist ein effizientes Kunststoffrecycling zu Hause, an Sammelstellen und in Sortieranlagen möglich. NIR-Technologien können dazu beitragen, Kunststoffabfälle in eine erneuerbare Ressource umzuwandeln und Abfall und Verschmutzung zu reduzieren. Dies ist bei Textilien bereits gelungen - wir sind gespannt, was die Zukunft für Kunststoffe bringen wird.