Kunststoffsortierung: Sensorüberwachung

Der Abschnitt betont den entscheidenden Einfluss unterschiedlicher Sammelsysteme auf die Effizienz der sensorischen Überwachung von Kunststoffsortieranlagen. Die Art der Sammlung (Holservice, Bringservice) und die regionale Verteilung der Systeme beeinflussen die Zusammensetzung und Menge des Anlageninputs. In Niederösterreich illustriert Abbildung 7 die regionale Diversität der Sammelsysteme, mit Systemen wie 910, 915, 930 und 935, und einer geplanten, aber noch nicht vollständig realisierten Vereinheitlichung auf eine "Gesamtkunststofftonne". Diese unterschiedlichen Ansätze führen zu heterogenen Abfallströmen, die die Prozessoptimierung und die Effektivität der sensorischen Überwachung erheblich beeinflussen. Eine qualitative Studie der Universität Wien hebt zusätzlich den Einfluss sozialer und individueller Faktoren auf die Bereitschaft zur Mülltrennung hervor, was die Komplexität der Abfallströme weiter unterstreicht. Die Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit flexibler und anpassungsfähiger Kunststoffsortieranlagen, um den variierenden Abfallströmen gerecht zu werden und die Qualität der Daten für die sensorische Überwachung sicherzustellen. Schlussendlich wird betont, wie wichtig eine einheitliche und effiziente Wertstoffsortierung ist, um die Effektivität des Kunststoffrecyclings zu maximieren.

Dieser Abschnitt analysiert die verschiedenen "Verlustebenen" im Kunststoffrecyclingprozess, die die Qualität des Kunststoffrecyclings und folglich die Möglichkeiten der sensorischen Überwachung beeinflussen. Abbildung 9 visualisiert diese Verluste. "Verlustebene 1" bezieht sich auf fehlende Infrastruktur und damit auf unzureichende Wertstoffsortierung bereits am Anfallsort, was zu geringeren Erfassungsquoten führt. "Verlustebene 3" beschreibt Verluste innerhalb der Kunststoffsortieranlagen selbst, wobei Wertstoffe in den Anlagenreststrom gelangen oder falsch sortiert werden. Die Sortierquote wird hier als entscheidender Faktor für die Effizienz genannt. "Verlustebene 4" adressiert den Einfluss des Marktwerts des Abfalls auf die Verwertungsquote. Der Marktwert und die Qualität der Wertstoffe bestimmen die Menge an tatsächlich verwertbarem Material. Der Export von Kunststoffverpackungsabfällen aus Europa zur Weiterverarbeitung außerhalb der EU wird als ein großes Problem genannt, da hier die Einhaltung der europäischen Umweltschutzstandards nicht garantiert werden kann. Die EU-Plastikstrategie von 2018 zielt darauf ab, den europäischen Markt für Recycling-Kunststoffe anzukurbeln, um höhere Recyclingquoten zu erreichen. Diese Verluste mindern nicht nur die Effizienz des Kunststoffrecyclings, sondern erschweren auch die Prozessoptimierung und die Datengewinnung durch sensorische Überwachung.

Der europäische Vergleich von Abfallwirtschaftssystemen und deren Einfluss auf die sensorische Überwachung von Kunststoffsortieranlagen wird hier beleuchtet. Aufgrund der starken europäischen Vernetzung im Bereich Abfallwirtschaft ist ein national isolierter Blick nicht mehr sinnvoll. Der Abschnitt präsentiert einen Überblick über Mengen und Qualitäten von Kunststoffverpackungsabfällen in Europa, wobei der Fokus auf Ländern mit vergleichbarem Stand der Technik zu Österreich liegt. Die Recyclingziele der EU für 2025 (50%) und 2030 (55%) werden als wichtige Richtwerte genannt. Abbildung 11 zeigt die Recyclingquoten von Kunststoffverpackungsabfällen im Jahr 2018, wobei einige Länder (Litauen, Slowenien, Bulgarien etc.) deutlich höhere Quoten als der Durchschnitt erreichen. Es wird darauf hingewiesen, dass Länder mit großen Abfallmengen komplexere Abfallwirtschaftssysteme benötigen, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen. Verschiedene Sammelsysteme in Europa werden kurz vorgestellt, darunter der "Grüne Punkt" in Belgien und Systeme mit gefärbten Wertstoffsäcken in Norwegen. Der Vergleich unterstreicht die Notwendigkeit, Kapazitäten für Sammlung, Sortierung und Verwertung europaweit auszubauen und optimale Strategien für die sensorische Überwachung zu entwickeln, um die Recyclingquoten zu verbessern und die Prozessoptimierung in den jeweiligen Ländern anzupassen.

Der Abschnitt beschreibt die Herausforderungen der Prozessoptimierung in Österreich im Kontext der Kunststoffsortieranlagen. Die geringen Abfallmengen (ca. 300.000 Tonnen pro Jahr) und die historisch gewachsene Struktur mit vielen kleinen Anlagen im Gegensatz zu wenigen großen Anlagen, wie in anderen europäischen Ländern mit ähnlichen Abfallmengen, stellen eine große Hürde dar. Große Anlagen weisen üblicherweise einen hohen Automatisierungsgrad mit mehreren Sortierstufen und sensorgestützten Sortierern auf, während kleine Anlagen oft auf manuelle Handsortierung und weniger Sensoren angewiesen sind. Dieses Gefälle im Automatisierungsgrad zeigt ein hohes Modernisierungspotential in Österreich auf. Die unterschiedlichen Sammelsysteme und demografischen Faktoren führen zu einem sehr variablen Anlageninput, abhängig von der Sammelregion. Diese Variabilität erschwert die Prozessoptimierung und limitiert das Potential von statischen Anlagen ohne variable Prozessführung. Die Prozessoptimierung muss also die spezifischen Gegebenheiten Österreichs berücksichtigen.

Dieser Abschnitt behandelt die Störstoffabtrennung und das Erzeugen einer geeigneten Korngrößenverteilung als wichtige Schritte der Prozessoptimierung. Ein Gemisch aus Leichtverpackungsabfällen (LVP) und Metallen enthält oft Folien, aufgerissene Säcke ("2D-Material") und sperrige Objekte, die eine Konditionierung des Stoffstroms notwendig machen. Diese Konditionierung beinhaltet manuelle Störstoffentfernung in Handsortierkabinen und/oder Siebklassierung mittels Trommelsieb oder Aufschlusszerkleinerung. Die Bedeutung dieser Schritte liegt darin, dass viele nachfolgende Prozessstufen nur in definierten Korngrößenbereichen funktionieren. Die Reduktion des Durchsatzes durch die Konditionierung senkt den Energiebedarf und den Verschleiß der Aggregate. "Grobgut" und "Feingut" müssen getrennt werden, wobei Abbildung 21 ein Spannwellensieb als Beispiel für die Behandlung von besonders siebschwierigem Material zeigt. Die Korngrößenverteilung ist ein zentraler Faktor für die Effizienz der gesamten Anlage und die Prozessoptimierung.

Der Abschnitt beschreibt verschiedene Aggregate in Kunststoffsortieranlagen und deren Einfluss auf die Prozessoptimierung. Windsichter (Abbildung 22) werden häufig eingesetzt, um Leichtgut von Schwergut zu trennen. Magnetscheider entfernen ferromagnetische Bestandteile. Wirbelstromscheider (Abbildung 28) trennen Nicht-Eisen-Metalle basierend auf deren elektrischer Leitfähigkeit. Die effiziente Trennung von schwarzen Kunststoffen wird als besondere Herausforderung hervorgehoben, wobei neue Technologien, die Terahertz-Strahlung nutzen, genannt werden. NIR-Sensoren und VIS-Sensoren spielen eine wichtige Rolle bei der Materialerkennung, wobei deren Genauigkeit von Faktoren wie Verunreinigung und Korngrößenverteilung abhängt. Handsortierung wird als manuelle Einzelkornsortierung beschrieben, die zwar eine hohe Reinheit, aber ein geringeres Ausbringen als automatisierte Systeme bietet. Die Verwendung von Ballenpressen (Abbildung 38) und Perforatoren zur Materialverdichtung wird als weiterer Aspekt der Prozessoptimierung erwähnt. Die Funktionsweise der ersten Siebe beeinflusst die Qualität der folgenden Sortierstufen, was Optimierungspotential aufzeigt.

Dieser Abschnitt beschreibt verschiedene Sensortechnologien für die Stoffstromüberwachung in Kunststoffsortieranlagen. NIR-Sensoren (Nahinfrarot) werden primär zur Detektion der Materialart (z.B. PET, PE, Karton) eingesetzt, können aber auch Farben und schwarze Materialien unter idealen Bedingungen erkennen. VIS-Sensoren (sichtbares Licht) nutzen visuelle Spektrometrie zur Farberkennung und -zuordnung. Die Stoffstromüberwachung mittels Tracer/Marker ermöglicht die Detektion von Produktinformationen, die über die Daten herkömmlicher Sensoren hinausgehen, insbesondere bei Materialien, die für NIR- oder VIS-Sensoren problematisch sind (z.B. schwarze Kunststoffe). 3D-LT-Sensoren können zur Messung des Durchsatzes und der Korngrößenverteilung verwendet werden. Induktionssensoren detektieren Metalle. Die Wahl der Technologie hängt von den spezifischen Anforderungen und der Stoffstromzusammensetzung ab. Die Kosten für die Implementierung eines solchen Systems (z.B. Induktion: 8.000 - 20.000 €) müssen mit dem wirtschaftlichen Nutzen der gewonnenen Daten abgewogen werden. Die beschriebenen Messmethoden sind In-line-Messungen, wobei By-Pass-Lösungen nur in Ausnahmefällen in Betracht gezogen werden.

Die optimale Positionierung der Sensoren für die Stoffstromüberwachung ist entscheidend für die Datenqualität und den Nutzen der sensorischen Überwachung. Der Text erwähnt die Positionierung an verschiedenen Stellen im Anlagenablauf (Abbildung 45), um spezifische Informationen zu erfassen. Beispielsweise wird ein 3D-LT-Sensoraufbau zwischen Sacköffner und Sieb zur Messung des Durchsatzes vorgeschlagen, um diskontinuierliche Anlagenbeschickung zu erkennen. Zur Überwachung der Zusammensetzung des Anlageninputs wird eine Position mit geringer Bandbelegung bevorzugt, wobei NIR-Sensoren als beste Technologie empfohlen werden. Die Überwachung an Position 5 (nach der Sortierung) ist nur bedingt sinnvoll, da in automatisierten Anlagen oft weitere Sortierer folgen, die Veränderungen im Stoffstrom erfassen. An Position 6 (vor einem Zerkleinerungsaggregat) dient die Stoffstromüberwachung als Maschinenschutz zur Detektion von Metallteilen, wobei Induktionssensoren als besonders geeignet beschrieben werden. Die Auswahl der Sensorposition und -technologie hängt vom Anlagenaufbau und den individuellen Bedürfnissen ab.

Der Abschnitt beschreibt die Anwendung und den Nutzen der Daten aus der sensorischen Stoffstromüberwachung. Die Daten können genutzt werden, um zeitnah auf Schwankungen in der Inputzusammensetzung zu reagieren und Optimierungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Die Prozessoptimierung kann durch die Anpassung von Sortierrezepten an unterschiedliche Inputmaterialien, basierend auf dem jeweiligen Sammelsystem, erfolgen. Theoretisch wäre sogar eine variable Aggregatabfolge denkbar, ist aber aufgrund der geringen Abfallmengen in Österreich nicht in absehbarer Zeit wirtschaftlich realisierbar. NIR-Sensoren werden aufgrund der Datenqualität als beste Grundlage für eine Prozessteuerung empfohlen. Die Überwachung des Durchsatzes hilft, die Funktionsweise von Sieben zu optimieren (Over- und Underfilling). Die Daten können ebenfalls zur Anlagenüberwachung und -steuerung eingesetzt werden, z.B. zur frühzeitigen Erkennung von Anlagenstillständen. Der wirtschaftliche Nutzen der sensorischen Überwachung muss jedoch im Einzelfall im Verhältnis zu den Kosten abgewogen werden.