Identifizierung schwarzer Kunststoffe: Warum die NIR-Technologie versagt und alternative Lösungen für die Recycling-Industrie
Die Identifizierung schwarzer Kunststoffe, insbesondere jener mit Ruß gefüllten, stellt nach wie vor eine erhebliche Herausforderung in der Kunststoffrecyclingindustrie dar. Einerseits sind mit Ruß gefüllte Kunststoffe aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften in vielen Anwendungen unerlässlich. Andererseits erschweren eben diese Eigenschaften das Recycling erheblich. Trotz der wachsenden Nachfrage nach recycelten Kunststoffen kompliziert die Präsenz von Ruß in diesen Materialien den Sortierprozess. Die konventionelle Nahinfrarot-Spektroskopie (NIR), die in Recyclinganlagen weit verbreitet ist, hat Schwierigkeiten, schwarze Kunststoffe präzise zu identifizieren.
Dieser Artikel untersucht, warum NIR bei schwarzen Kunststoffen an seine Grenzen stößt, skizziert die Marktnachfrage und regulatorischen Treiber und präsentiert mehrere alternative Lösungen zur Überwindung dieses Hindernisses. Wir stellen zudem einige kommerziell erhältliche Produkte vor, vergleichen deren Fähigkeiten und betrachten zukünftige Trends in der Technologie zur Identifikation schwarzer Kunststoffe.
Warum die NIR-Spektroskopie bei schwarzen Kunststoffen versagt
Die NIR-Technologie funktioniert, indem sie Infrarotlicht emittiert und misst, wie es von Materialien reflektiert wird. Verschiedene Materialien reflektieren Licht bei unterschiedlichen Wellenlängen, was dem Spektrometer ermöglicht, deren Zusammensetzung zu bestimmen. Allerdings absorbiert Ruß, ein Pigment, das nicht nur in schwarzen Kunststoffen verwendet wird, nahezu das gesamte NIR-Signal. Diese Absorption verhindert, dass NIR-Spektrometer die notwendigen Daten zur Identifikation des Kunststofftyps erfassen können, was die Technologie für schwarze Kunststoffe ineffektiv macht.
Insbesondere die Automobil- und Elektronikindustrie verwenden schwarze Kunststoffe in großem Umfang, was dies zu einer bedeutenden Recycling-Herausforderung macht. Mit dem Aufkommen von Kreislaufwirtschaftsprinzipien und zunehmendem Umweltbewusstsein wächst der Druck, alternative Wege zur effektiven Sortierung schwarzer Kunststoffe zu finden.
Marktnachfrage und Wirtschaftlichkeit des Recyclings von schwarzem Kunststoff
Trotz der Schwierigkeit bei der Sortierung schwarzer Kunststoffe wächst die Nachfrage nach recycelten Kunststoffen weiterhin. Industrien suchen zunehmend nach nachhaltigen Materialien aufgrund von Umweltvorschriften, Verbraucherdruck und Kosteneinsparungsinitiativen. Schwarze Kunststoffe finden sich häufig in langlebigen Gütern, Verpackungen und verschiedenen industriellen Anwendungen, doch die Herausforderung beim Recycling erhöht die Betriebskosten und beeinflusst die Rentabilität.
Da Unternehmen Erweiterte Herstellerverantwortung (EPR)-Regelungen und Praktiken der Kreislaufwirtschaft übernehmen, wird es essenziell sein, effiziente Sortiertechnologien zu finden, um den wachsenden Markt für recycelte schwarze Kunststoffe zu erschließen. Industriezweige, die in großem Umfang schwarze Kunststoffe verwenden, müssen in Technologien investieren, die sowohl den gesetzlichen Anforderungen als auch den Erwartungen der Verbraucher an die Nachhaltigkeit gerecht werden.
Alternative Technologien zur Identifizierung von schwarzem Kunststoff
Mehrere Technologien haben sich als Alternativen zu NIR für die Identifikation schwarzer Kunststoffe herausgebildet, jede mit ihren Vor- und Nachteilen:
1. Mittelinfrarot (MIR) Spektroskopie
- Wie sie funktioniert: Bei der MIR-Spektroskopie wird ein anderer Teil des Infrarotspektrums verwendet als bei der NIR-Spektroskopie, so dass sie die Oberfläche durchdringen und mit den chemischen Bindungen des Materials interagieren kann. Dadurch ist die MIR-Spektroskopie effektiver bei der Identifizierung von Materialien, einschließlich einiger schwarzer Kunststoffe.
- Vorteile: Identifizierung von Materialien, die NIR absorbieren, einschließlich vieler schwarzer Kunststoffe.
- Nachteile: Teurer und weniger tragbar als NIR-basierte Systeme. Erfordert spezielle Ausrüstung und kann langsamere Verarbeitungszeiten haben.
- Produkte:
- Das Bruker ALPHA II FTIR-System ist eine leistungsstarke MIR-Lösung, die detaillierte Analysen und genaue Identifizierung ermöglicht. Die Preise beginnen bei etwa 25.000 € und eignen sich damit für Labore und industrielle Anwendungen.
2. Raman-Spektroskopie
- Wie es funktioniert: Die Raman-Spektroskopie identifiziert Materialien anhand der Streuung des Lichts und nicht anhand seiner Absorption. Sie eignet sich hervorragend für die Analyse schwarzer Kunststoffe, da das Vorhandensein von Ruß die Fähigkeit, chemische Strukturen zu erkennen, nicht beeinträchtigt.
- Vorteile: Unbeeinflusst von Ruß, liefert genaue Ergebnisse für schwarze Kunststoffe.
- Nachteile: Teurer und langsamer als NIR; erfordert sorgfältige Kalibrierung und Wartung.
- Produkte:
- Bruker Raman-Spektrometer: Das BRAVO ist ein tragbares, einfach zu bedienendes Raman-Spektrometer, das für die genaue Materialidentifizierung, einschließlich schwarzer Kunststoffe, entwickelt wurde. Die Preise beginnen in der Regel bei etwa 30.000 €.
3. Röntgenfluoreszenz (XRF)
- Wie es funktioniert: Die XRF-Technologie verwendet Röntgenstrahlen, um die elementare Zusammensetzung eines Materials zu bestimmen. Da sie auf elementarer Ebene arbeitet, hat Ruß keinen Einfluss auf die Fähigkeit, schwarze Kunststoffe zu identifizieren.
- Vorteile: Unterscheidet zwischen einer Vielzahl von Materialien, einschließlich schwarzem Kunststoff. Schnell und genau.
- Nachteile: Es ist teuer und wird in der Regel für Metalle verwendet, was seinen breiteren Einsatz beim Kunststoffrecycling einschränkt.
- Produkte:
- Thermo Fisher Niton XL5: Ein High-End-RFA-Analysator, der für große Recyclinganlagen geeignet ist. Die Preise beginnen in der Regel bei etwa 20.000 €.
4. Visuelle Sortierung mit KI und maschinellem Lernen
- Wie es funktioniert: Diese Methode kombiniert visuelle Bildgebungstechnologie mit künstlicher Intelligenz, um die Eigenschaften von schwarzen Kunststoffen zu “erlernen”. Sie sortiert Materialien auf der Grundlage von Farbe, Textur und anderen visuellen Daten, was sie zu einer vielseitigen Lösung macht.
- Vorteile: Schnell und skalierbar, insbesondere in großen Recyclinganlagen. Kontinuierliche Verbesserung durch maschinelles Lernen.
- Nachteile: Weniger wirksam bei komplexen Gemischen oder wenn die visuellen Merkmale allein nicht ausreichen.
- Produkte:
- Max AI bietet ein fortschrittliches System, das speziell für die Sortierung von schwarzen Kunststoffen entwickelt wurde. Max-AI nutzt KI-gestützte visuelle Erkennung und Hochgeschwindigkeitssortierung, um komplexe Kunststoffabfallströme zu verarbeiten. Die Preise für Großanlagen beginnen in der Regel bei 300.000 €, abhängig von der Größe der Anlage und dem Durchsatz.
Künftige Trends in der Sortiertechnologie für schwarzen Kunststoff
Die Zukunft der Identifikation schwarzer Kunststoffe liegt in der Entwicklung von Hybridtechnologien, die mehrere Methoden kombinieren, um Genauigkeit und Geschwindigkeit zu verbessern. Es wird erwartet, dass KI-gesteuerte Innovationen eine bedeutende Rolle bei der Verbesserung der Effizienz von Recyclinganlagen spielen werden. Diese Systeme werden maschinelles Lernen nutzen, um komplexere Materialströme zu bewältigen und ihre Identifikationsprozesse im Laufe der Zeit zu verfeinern.
Ein weiterer vielversprechender Trend ist die Erforschung neuer Pigmente für schwarze Kunststoffe, die von NIR-Systemen detektierbar sind. Durch die Veränderung der Art und Weise, wie diese Materialien Licht absorbieren, könnten Hersteller die Identifikationsherausforderung gänzlich eliminieren.
Fazit: Wählen Sie die richtige Lösung für Ihr Unternehmen
Für Unternehmen in der Kunststoffrecyclingindustrie stellen schwarze Kunststoffe eine einzigartige Herausforderung dar. Während die NIR-Spektroskopie aufgrund der Lichtabsorptionseigenschaften von Ruß Einschränkungen aufweist, bieten mehrere alternative Technologien effektive Lösungen, einschließlich MIR, Raman und XRF. Die Wahl der Technologie hängt vom Umfang Ihrer Tätigkeiten, dem Budget und den spezifischen Materialanforderungen ab.
Für kleinere Betriebe bieten tragbare Lösungen wie das mobile Bruker Raman-Spektrometer Bravo Flexibilität. Für großangelegte Recyclinganlagen bieten Systeme wie Max-AI fortschrittliche KI-gesteuerte Sortierfähigkeiten, während der Thermo Fisher Niton XL5 eine robuste XRF-basierte Option darstellt.
Das Dilemma des schwarzen Kunststoffs
Wir werden oft nach Alternativen zu NIR für die Erkennung schwarzer Kunststoffe gefragt. Die Wahrheit ist, dass NIR-Spektrometer wie die trinamiX NIR-Lösung zwar keine schwarzen Kunststoffe identifizieren können, sie aber für die meisten anderen Materialien nach wie vor die beste Option darstellen. Ihre Benutzerfreundlichkeit, Tragbarkeit und Geschwindigkeit bedeuten einen großen Fortschritt für viele Organisationen, die nach Lösungen suchen, um ihre Prozesse zu optimieren und Materialerkennungswissen allen zugänglich zu machen, ob sie in der Qualitätssicherung, Logistik, Lagerhaltung oder im Einkauf tätig sind.
Dieser Artikel sollte untersuchen, warum NIR immer noch der beste Ausgangspunkt für Recycler ist und welche Optionen für schwarze Kunststoffe existieren. Um mehr über diese Produkte zu erfahren, besuchen Sie:
- Bruker ALPHA II FTIR: Bruker Website
- Bruker BRAVO Raman-Spektrometer: Bruker Website
- Thermo Fisher Niton XL5: Website von Thermo Fisher
- Max-AI: Max-AI-Website
- trinamiX: Tragbarer NIR-Scanner
About us – Solid Scanner
Let’s take responsibility and recycle more plastics – ask us for suitable solutions. Our portfolio includes solutions ranging from small, portable solutions to individual solutions based on hyperspectral camera systems for simple, automated identification of plastics in the sorting process and for inline process control, e.g. for homogeneity.
About trinamiX – the sensor technology company
trinamiX GmbH, based in Ludwigshafen, was founded in 2015 as a wholly owned subsidiary of BASF SE. As a start-up within the company, it is not only operationally independent, but also has unique access to the expertise and experience of the entire BASF Group. Its patent-pending technologies enable people and machines to capture the hidden and invisible world around them to make better decisions and increase safety.