Fraunhofer, Recycling, Sortiersystem für schwarze Kunststoffe, Plastikabfälle

Die Sortiermaschine ist mit einem Fließband ausgestatt, das den kleingeschredderten Plastikmüll sortenrein transportiert. Bild: Fraunhofer IOSB

Nach einem Einkauf im Supermarkt quillt der Mülleimer über vor Plastikabfällen: Saft, Fleisch, Obst und andere Lebensmittel sind in Kunststoff verpackt. Die Mengen sind enorm – allein in Deutschland fallen pro Jahr etwa 5,7 Mio t dieses Mülls an, berichtet die Fraunhofer-Gesellschaft. Zwar sammle der Großteil der Bürger die Verpackungen gewissenhaft in gelben Tonnen. Doch nur etwa 42 % dieser Abfälle sei ein zweites Leben als Windel, Fleece-Pullover, Stofftier und Co. vergönnt. Der Rest werde energetisch verwertet, er lande in Müllverbrennungsanlagen. Dies betrifft vor allem schwarze Kunststoffe, die bislang nicht sortenrein getrennt werden können, heißt es. Bisherige Sortiersysteme arbeiten nämlich im Nahinfrarot-Bereich, der es generell ermöglicht, Plastik 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 daher 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.

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 nun 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: blackValue“, sagt Professor Thomas Längle, Abteilungsleiter am IOSB.

Das Herzstück des Systems ist die Radarkamera: Der kleingeschredderte Plastikmüll läuft über ein Fließband, an dessen Ende die Kunststoff-Flakes mit einer Geschwindigkeit von 2 bis 3 m/s in weitem Bogen herunterfallen. Durch diesen Strom fallender Flocken schickt die Radarkamera Terahertzstrahlung, die zwischen Infrarotstrahlung und Mikrowellen liegt. 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 Teil über einen gezielten Luftstoß aus dem Kunststoffstrom hinauskatapultiert wird oder darin verbleiben darf. Eine Farbkamera liefert zusätzliche Informationen über die Form des Objekts, um die Ausblasdüsen zur richtigen Zeit zu öffnen.

„Je höher die Frequenz, mit der solche Kameras arbeiten, desto genauer messen sie – allerdings steigt mit der Genauigkeit auch ihr Preis“, berichtet Dirk Nüßler, Geschäftsfeldsprecher Produktion am FHR. „Radar oder THz-Zeilenkameras, die beispielsweise bei einer Bandgeschwindigkeit von 3 m/s – 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.“ Ausgeklügelte Algorithmen des IAIS helfen dabei, diesen Spagat zu meistern; sie erkennen auch kleinste Unterschiede in den Spektren, heißt es weiter. Und da sie selbstlernend sind, arbeiten sie im Laufe der Zeit immer präziser, so die Forscher. Die Kamera, die bei 90 GHz funktioniert, schafft laut Fraunhofer-Gesellschaft die geforderte Sortenreinheit von 98 bis 99 % und ist mit einem Preis in der Größenordnung einer Hyperspektralkamera vergleichsweise ein Schnäppchen.

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. 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.