Produktion

blackValue – Recycling schwarzer Kunststoffe

Im Projekt blackValue® erforscht Fraunhofer die Sortierung schwarzer Kunststoffe.
© Foto Fraunhofer FHR

Im Projekt blackValue® erforscht Fraunhofer die Sortierung schwarzer Kunststoffe.

Geschredderter schwarzer Kunststoff.
© Foto Fraunhofer FHR

Geschredderter schwarzer Kunststoff.

Das Recycling von Kunststoffabfällen ist ein wesentlicher Schlüssel für eine ressourcensparende Produktion. Eine besondere Bedeutung kommt dabei Verfahren zu, die in der Lage sind, schwarze Kunststoffe sortenrein zu trennen.

Recycling von Kunststoffen

Beim Recycling von Kunststoffen wird im Wesentlichen zwischen der werkstofflichen Verwertung, der rohstofflichen Verwertung sowie der thermischen Verwertung unterschieden. Aktuell werden ca. 50% der Kunststoffabfälle in Europa verwertet. Die häufigste Verwertungsmethode ist dabei die thermische Verwertung, bei der die Abfälle verbrannt werden, um Energie zu gewinnen. Bei der werkstofflichen Verwertung wird aus dem sogenannten Recyclat wieder ein neues Produkt hergestellt. Die Vielzahl an Kunststoffen sowie die unterschiedlichen Additive wie Farbstoffe, Weichmacher, Flammschutzmittel oder UV-Blocker erschweren dabei die Verwertung. Aus nicht sortenreinem Recyclat hergestellte Produkte weisen schlechtere Materialeigenschaften auf, als Produkte aus neuen Kunststoffen. Materialerkennende Sortiersysteme für das Kunststoffrecycling müssen somit in der Lage sein, Stoffsorten, unabhängig von verwendeten Additiven, korrekt zu klassifizieren.

Sortiertechnik heute

Die leistungsfähigsten Verfahren bei der Kunststoffsortierung basieren auf Hyperspektralkameras. Bei der Sortierung schwarzer oder sehr dunkler Kunststoffe ist auf Grund des spezifischen Absorptionsverhaltens der Kunststoffe der reflektierte Anteil im sichtbaren als auch im infraroten Wellenlängenbereich jedoch zu gering für eine Klassifizierung. Auch der stärkere Einsatz von Verbundstoffen, bei denen verschiedene Kunststoffe in mehreren Schichten verarbeitet werden, stellt die Qualitätskontrolle vor unlösbare Probleme.

Genau diese Klasse von Kunststoffen wird jedoch in Zukunft eine immer größere Rolle spielen, da insbesondere bei der Wiederverwertung von Automobilen das Recycling schwarzer Kunststoffe ein Schlüsselfaktor für die Einhaltung der vereinbarten EU-Grenzwerte darstellt. Um diese Lücke zu schließen, hat die Fraunhofer-Gesellschaft eine strategische Allianz gebildet, bestehend aus den Fraunhofer-Instituten FHR, IAIS und IOSB. Die Forschungsaktivitäten der drei beteiligten Institute werden im Projekt blackValue® zusammengefasst.

Ziele im Projekt blackVALUE®

1. Entwicklung und Aufbau einer multispektralen THz-Zeilenkamera.
2. Entwicklung von neuen Analysealgorithmen zur echtzeitfähigen Datenfusion.
3. Aufbau eines Demonstrators zur sortenreinen Trennung von (insbesondere schwarzen) Kunststoffen, der die neu entwickelte Sensorik und Algorithmik integriert.

Das Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines echtzeitfähigen Sensor- und Auswertesystems zur Materialbestimmung von Kunststoffen, vor allem zur Wiederverwertung von kleinfraktioniertem Kunststoff aus Elektroaltgeräten sowie von schwarzen Kunststoffen aus Fahrzeugen.

Systemkonzept

Durch die Kombination einer Terahertz-Kamera mit herkömmlicher optischer Sensorik ist es möglich, eine vollständige Materialcharakterisierung durchzuführen. Da eine vollspektroskopische Analyse über einen großen THz-Bereich nicht wirtschaftlich realisierbar ist, werden nur Frequenzbereiche mit einer sehr geringen Bandbreite im unteren THz-Bereich ausgewertet. Diese Einschränkung stellt besondere Anforderungen an die verwendete Auswertealgorithmen: Die Unterscheidungsmerkmale zwischen den verschiedenen Kunststoffen sind in diesem niedrigen Frequenzbereich extrem klein und werden durch die verschiedenen Additive weiter verwischt. Um diesen Bedingungen gerecht zu werden und eine sichere Zuordnung zu erreichen, setzt das IAIS Algorithmen aus dem Bereich des maschinellen Lernens ein. Die Ergebnisse werden anhand einer prototypischen Sortieranlage demonstriert und können potenziellen Kunden präsentiert werden. Am IOSB entsteht dazu eine flexibel einsetzbare Sortieranlage im industriellen Maßstab. Die dabei erzielte sortenreine Trennung bei gleichzeitiger Wirtschaftlichkeit erlaubt das Recycling schwarzer Kunststoffe im industriellen Maßstab.

Das Fraunhofer FHR bringt mit Entwicklung der multispektralen THz-Kamera seine Expertise im Bereich der Hochfrequenz-Technologie in das Projekt ein und ist überdies Konsortialführer des Projekts.