Identifikation & optische Sortierung von Abfällen im Recycling mit NIR-Messtechnik

Haushaltsabfälle, wie Hausmüll, Sperrmüll, kompostierbare Abfälle und weitere getrennt gesammelte Stoffe (Altpapier, Altglas, Leichtverpackungen aus Kunststoffe, Batterien, Elektroaltgeräte) gelangen über eine industrielle Aufbereitung in den Stoffkreislauf zurück oder werden energetisch verwertet. Der Abfall wird so zu einem wertvollen Rohstoff und eine Belastung der Umwelt wird vermieden. Die folgenden Anwendungen beschreiben die Erkennung bzw. Identifizierung von verschiedenen Materialien im Sortierprozess mit NIR-Messtechnik:

Kunststoffrecycling & Kunststoffsortierung von Haushaltsabfällen

Erkennung und Trennung von Kunststoffen im Recycling
Erkennung und Trennung von Kunststoffen im Recycling

Das NIR-Spektrometer KUSTA1.9MPL-24V und die NIR-Kameras KUSTA1.7MSI und KUSTA1.9MSI in Kombination mit dem Softwaremodul idHwaste

Das analytische Softwaremodul idHwaste ist optimal auf die anfallenden Materialien und die Anforderungen bei der Identifikation und optischen Sortierung von Haushaltsmüll abgestimmt. Es identifiziert neben allen Kunststoffen, aus denen Lebensmittel- verpackungen hergestellt werden, auch häufig vorkommende technische Polymere wie z.B. Polyamid (PA).

Aufgrund der hohen spektralen Auflösung der KUSTA1.9MPL-24V werden auch Kunststoff-Verbunde, wie z.B. PET-Flaschen mit einem Label aus PVC-Folie, zuverlässig erkannt. Dadurch ist diese Anwendung ideal für die Abtrennung von PVC im Bottle-to-Bottle Recycling.

Ist eine hohe Orts- und Zeitauflösung erforderlich, so sind die Multispektralkameras KUSTA1.7MSI und KUSTA1.9MSI für den Anwendungsfall optimal geeignet. Bei Messfrequenzen bis 795 Hz identifiziert sie auch kleine Materialfraktionen bei hohen Fördergeschwindigkeiten noch zuverlässig.

Vergleich LLA NIR-Messtechnik im Kunststoffrecycling

NIR-Messtechnik KUSTA1.9MPL-24V KUSTA1.7MSI KUSTA1.9MSI
Größe der Kunststoffteile > 20 mm > 2 mm > 2 mm
Anzahl der Messspuren 64 318 192
Messkopf / Beleuchtung Messkopf
PMAmpl
Beleuchtungseinheit PMAmsi Beleuchtungseinheit PMAmsi
Bandbreite Bis 2800 mm Bis 2000 mm* Bis 2000 mm*
RGB Sensor Integriert Optional Optional
Optionen Messkopfsplitting Umlenkeinheit,
Installationsbrücke,
RGB-Zeilenkamera
Umlenkeinheit,
Installationsbrücke,
RGB-Zeilenkamera
Papiersortierung / PVC-Entfrachtung Ja /
Ja
Ja /
Nein
Ja /
Ja
Prozessschnittstelle TCP/IP, UDP, RS232 TCP/IP, UDP TCP/IP, UDP

* Optional sind Doppelkamerasysteme bis 2800 mm Bandbreite möglich.


Technische Daten

Recycling & Sortierung von Elektronikschrott und technischen Kunststoffen (WEEE)

Sortierung von Elektronikschrott und technischen Kunststoffen
Sortierung von Elektronikschrott und technischen Kunststoffen

Das NIR-Spektrometer KUSTA1.9MPL-24V und die NIR-Kameras KUSTA1.7MSI und KUSTA1.9MSI in Kombination mit dem Softwaremodul idEwaste

Das analytische Softwaremodul idEwaste wurde speziell für die Sortierung technischer Kunststoffe entwickelt, die vor allem beim Recycling elektronischer Geräte anfallen (Waste Electrical and Electronic Equipment WEEE). Das Softwaresmodul idEwaste enthält alle technisch relevanten Kunststoffe und Blends und ist optimal für die Aufbereitung der im Elektronikschrott anfallenden Kunststofffraktionen geeignet. Für die Sortierung und Verwertung elektronischer Leiterplatten sollte die idPCB verwendet werden.

Das Identifikationsmodul idEwaste wird in zwei Versionen angeboten:
■ der Standardvariante für KUSTA1.9MPL-24V bei Fraktionsgrößen ab 30 mm und
■ der Hochgeschwindigkeitsvariante idEwaste (Flakes) für KUSTA1.7MSI und KUSTA1.9MSI bei kleineren Fraktionsgrößen. In diesem Fall ermöglicht die hohe Orts- und Zeitauflösung der KUSTAx.xMSI die Sortierung von geschredderten Flakes ≥ 2 mm.

Technische Daten

Recycling & Sortierung von Elektronikleiterplatten (PCB)

Sortierung von Elektronikleiterplatten
Sortierung von Elektronikleiterplatten

Das NIR-Spektrometer KUSTA1.9MPL-24V und die NIR-Kamera KUSTA1.9MSI in Kombination mit dem Softwaremodul idPCB

Das analytische Softwaremodul idPCB stellt eine Weiterentwicklung der idEwaste für Elektronikschrott (Waste Electrical and Electronic Equipment, WEEE) dar. Das Modul idPCB identifiziert, wie die idEwaste, alle technischen Kunststoffe, die in Unterhaltungs- oder Haushaltselektronik eingesetzt werden. Zusätzlich werden verschiedene Sorten elektronischer Leiterplatten (Printed Circuit Boards, PCB) identifiziert, aus denen im Anschluss an die Sortierung hochwertige Rohstoffe (Edelmetalle) zurückgewonnen werden.

Das Modul ist in zwei Versionen erhältlich:
■ für KUSTA1.9MPL-24V bei Fraktionsgrößen >20mm und
■ für KUSTA1.9MSI bei Fraktionsgrößen 2-20mm.

Technische Daten

Recycling & Sortierung von PET-Flakes

Sortierung von PET-Flakes im Recycling
Sortierung von PET-Flakes im Recycling

Die NIR-Kamera KUSTA1.9MSI in Kombination mit dem Softwaremodul idPET-Flakes

Das analytische Softwaremodul idPET-Flakes wird zum Eliminieren von Störstoffen im Bottle-to-Bottle Recycling von PET Flaschen eingesetzt. Neben allen haushaltsüblichen Kunststoffen identifiziert diese ebenfalls Störstoffe wie PA oder Silikon, wobei letzteres häufig in den Dichtungen der Flaschenverschlüsse enthalten ist. Das Softwaremodul ist optimal auf die hohen Messfrequenzen der KUSTA1.9MSI abgestimmt und identifiziert insbesondere PVC mit der höchsten Empfindlichkeit. So steht nach der Sortierung mit der idPET-Flakes ein weitgehend PVC-freier Wertstoff zur Verfügung.

Technische Daten

Aufgabematerial Geschredderte PET-Flaschen (Flakes)
Sortierbreite 1024 mm
Sortiergeschwindigkeit Max. 1- 3 m/s
Fraktionsgröße 3 - 20 mm

Recycling & Sortierung von Altpapier

Identifikation, Sortierung & Recycling von Altpapier
Identifikation, Sortierung & Recycling von Altpapier

Das NIR-Spektrometer KUSTA1.9MPL-24V und die NIR-Kamera KUSTA1.9MSI in Kombination mit dem Softwaremodul idPaper

Altpapier ist ein wichtiger Rohstoff in der Produktion von neuem Papier. Daher müssen papierfremde Bestandteile (Kunststoffe, Getränkekartons etc.) sowie unerwünschte Papiersorten (Pappe, bedruckte Verpackungen etc.) vor dem Deinking aus dem Materialstrom entfernt werden. Die bisher verwendeten RGB-Sensoren haben dabei den Nachteil, dass sie bunt bedruckte Kartonagen nicht als Pappe erkennen, weil sich deren Farbmerkmal kaum von den Merkmalen hochwertiger Druckerzeugnisse wie Zeitschriften oder Magazine unterscheidet.

Für dieses Problem wird mit dem Sortiermodul idPaper eine Lösung angeboten, die sich in den letzten Jahren im Papierrecycling gut etabliert hat und zum Standard geworden ist. Im Gegensatz zum sichtbaren Licht ist die hier verwendete Nah-Infrarote Strahlung (NIR) mit einer Eindringtiefe in Papier von einigen Zehntel Millimetern in der Lage, die Deckschicht bedruckter Kartonagen zu durchdringen, so dass auch die darunter liegenden Schichten analysiert und erkannt werden können. Daher zeichnet sich jede Papiersorte durch ein charakteristisches NIR-Spektrum aus, welches die idPaper auswertet und konform zur Europäischen Altpapier-Sortenliste EN 643 klassifiziert:

Das Modul wird in zwei Versionen angeboten:
■ der Standardvariante für KUSTA1.9MPL-24V und
■ der Hochgeschwindigkeitsvariante für KUSTA1.9MSI. In letzterem Fall ermöglicht die hohe Orts- und Zeitauflösung der KUSTA1.9MSI die Anwendung umfangreicher Objekterkennungsalgorithmen, wodurch die Identifikationsgenauigkeit und die Austragszuverlässigkeit deutlich gesteigert werden.

Technische Daten

  KUSTA1.9MPL-24V KUSTA1.9MSI
Sortierbreite 400 - 2800 mm 800 - 2000 mm*
Ortsauflösung = Sortierbreite / 64 = Sortierbreite / 192
Sortiergeschwindigkeit Max. 3 m/s Max. 3 m/s
Objekterkennung Nur eingeschränkt möglich. Ja

* Größere Sortierbreiten sind auf Anfrage möglich.

Aufgabematerial Altpapier aus Haushalts- oder Gewerbesammlungen
Papier (Deinking) Büropapier, Illustrierte, Zeitungen, Kataloge
Papier (nicht-Deinking) Pappen, Kartonagen, Faltschachteln
Zusatzoptionen Gesonderte Identifikation von eingeschweißten Werbebroschüren zur Reduktion des Deinkingverlustes
Kunststoffe PET, PE, PP, PS, PVC


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Identifikation und Sortierung von Altpapier im Recycling (PDF)

Prozessoptimierung durch Input Monitoring von Altpapier

Input Monitoring von Altpapier mittels NIR-Analyse
Input Monitoring von Altpapier mittels NIR-Analyse

Die Wertschöpfung einer Altpapier-Sortieranlage kann wesentlich gesteigert werden, indem wichtige Prozessparameter genau auf die Zusammensetzung des Eingangsmaterials abgestimmt werden. Hierdruch können die maximale Sortiergeschwindigkeit und Effizienz der Anlage erreicht werden.

Wesentliche Parameter für die Steuerung der Anlage sind dabei die Anteile an:
■ Deinkingmaterial
■ Kunststoffen und sonstigen Störstoffen
■ Pappen und Kartonagen
■ Feuchte
im Eingangsstrom.

LLA Instruments GmbH hat mit der bildgebenden NIR Hyperspektralkamera KUSTA1.9MSI ein System entwickelt, welches diese Parameter erfasst und über eine Netzwerkschnittstelle der Anlagensteuerung zur Verfügung stellt.

Damit können:
■ Anlagendurchsatz
■ Programme der sensor-gestützen Sortierung
■ Einstellungen an Scheiben- oder Trommelsieben
individuell an das Eingangsmaterial angepasst werden.

Eine Dokumentation und Qualitätskontrolle verschiedener Zulieferer ist mit dem System erstmals möglich.

Beispiel: Analyse der Papierzusammensetzung zur Prozessoptimierung

Prozessdarstellung der Altpapieranalyse mit NIR

Sortierung & Identifikation von Störstoffen im Bauschuttrecycling

Identifikation von Störstoffen im Bauschutt
Identifikation von Störstoffen im Bauschutt

Die NIR Hyperspektralkamera KUSTA2.2MSI oder das NIR-Spektrometer KUSTA2.2MPL-24V in Kombination mit dem Softwaremodul idDebris

Identifikation & Sortierung von sortenreinen Baustoffen im Bauschuttrecycling

Identifikation & Sortierung von sorten- reinen Baustoffen im Bauschuttrecycling
Identifikation & Sortierung von sorten- reinen Baustoffen im Bauschuttrecycling

Identifikation asbesthaltiger Baustoffe im Bauschutt

Identifikation & Sortierung schwarzer Kunststoffe

Testmaterial, Schwarze Kunststoffe
Testmaterial, Schwarze Kunststoffe

Zur Schonung der natürlichen Ressourcen müssen Kunststoffe recycelt und dem Stoffkreislauf wieder zur Verfügung gestellt werden. Neben der Verpackungsverordnung zur Rücknahme und dem Recycling von Kunststoffabfällen gibt es auch EU-Richtlinien für die Automobilbranche sowie für die Elektro- und Elektronikindustrie, wobei In diesen Segmenten vor allem schwarz eingefärbte Kunststoffe eingesetzt werden.

Aufgrund der EU-Richtlinie 2000/53/EG zur Rücknahme von Altautos müssen Automobile ab 2015 zu 95% recycelt werden. Die EU-Richtlinie WEEE 2002/96/EG (Elektro- und Elektronikartikel) gibt eine Recyclingquote von 4 kg je Einwohner im Jahr vor. Um diese Richtlinien einhalten zu können, müssen deshalb auch die schwarzen Kunststoffe in Altautomobilen und aus Elektro- und Elektronikschrott wiederverwendet werden. Schwarze Kunststoffe stellen jedoch für die im Recycling eingesetzten konventionellen NIR-Sensoren bis heute ein Problem beim Recycling von Plastikabfällen dar.

Durch die Verwendung von Ruß als Farbstoff kann nur ein geringer Teil dieser schwarzen Kunststoffe mit den Standard NIR-Sortiermethoden identifiziert werden. Die Mehrzahl der Proben liefert aufgrund der geringen Remission jedoch keine auswertbaren NIR-Signale. Um gerade aber auch schwache NIR-Signale bei geringer Remission noch zu erfassen, ist eine hohe Sensitivität der NIR-Sensoren erforderlich. Die neue KUSTA1.9MSI Kamera weist eine beispielslos hohe Sensitivität bei gleichzeitig geringem Signalrauschen im Bereich der NIR-Prozessmesstechnik auf. Deshalb wurde dieses System im Rahmen einer Machbarkeitsstudie (PDF) für die Detektion von schwachen NIR-Signalen - also schwarzen Kunststoffen - optimiert.

Setup für die Optimierung der Messung von schwarzen Kunststoffen

Neben der KUSTA1.9MSI Kamera benötigt man zusätzlich eine spezielle Kalibrierleiste für geringe Remission und einen Schaltschrank zur Phasenanschnittsteuerung.

Der Prozess kann nur auf dunkelblauem oder grauen Förderbandmaterial erfolgen. Das Material des Förderbandes kann nicht in der Analyse berücksichtigt werden. D.h. bei Verwendung eines PVC Förderbands kann PVC im Materialstrom nicht erfasst werden. Schwarze Kunststoffe können nur in einer separaten Sortierstufe nach erfolgter Abtrennung von allen hellen Materialien identifiziert werden. Die Förderbandgeschwindigkeit muss deutlich geringer als 2 - 3 m/s sein (0,5 - 1 m/s). Die zu untersuchenden Objekte dürfen nicht kleiner als 4 x 4 cm sein!

Fazit

Im Identifikationsprozess werden dunkelgraue sowie schwarze Kunststoffe mit einem Rußgehalt von maximal 0,25 % - 0,5 % erkannt. Dabei wird die Sortierleistung nicht vergleichbar mit der an hellen Kunststoffen sein. Der Unterschied zwischen ABS, PS und SB wird nicht zu erkennen sein.

Kunststoffanalyse im Recycling mit der NIR Hyperspektralkamera KUSTA1.9MSI