Kreislaufwirtschaft 02.05.2022, 12:00 Uhr

Einfach Sortieren mit Fluoreszenz

Zwei Unternehmen wollen Kunststoffabfälle mit Fluoreszenzmarkern in einem einzigen Schritt in 20 Fraktionen trennen und so die Kreislaufwirtschaft stärken.

Eine Auswahl von an der Hochschule Pforzheim synthetisierten fluoreszierende Markern, von denen das Freiburger Unternehmen Polysecure einige benutzt. Foto: Hochschule Pforzheim

Eine Auswahl von an der Hochschule Pforzheim synthetisierten fluoreszierende Markern, von denen das Freiburger Unternehmen Polysecure einige benutzt. 

Foto: Hochschule Pforzheim

Ein Mittelständler und ein Konzern, beide aus Baden-Württemberg, denken einen wichtigen Schritt der Kreislaufwirtschaft neu: Die Polysecure GmbH aus Freiburg im Breisgau und die Zeiss AG aus Oberkochen östlich von Stuttgart haben sich 2021 auf den Weg gemacht, das Sortieren von Kunststoffabfällen zu vereinfachen.

Die Ausgangslage: In der EU wurden zwischen 2016 und 2019 jährlich rund 21 Mio. t Kunststoffabfälle gesammelt, von denen 9,2 Mio. t sortiert und in Recyclinganlagen zu rund 5,2 Mio. t Rezyklat verarbeitet wurden. Die Politik will jedoch, dass dieser Rezyklate hergestellt und eingesetzt werden. So hat die EU in ihrer Kunststoffstrategie von 2018 das Ziel vorgegeben, dass bis 2025 jährlich 10 Mio. t Kunststoffrezyklate hergestellt werden – also etwas doppelt so viel wie 2019.

Um dies zu erreichen, muss sich die Menge sortierter Kunststoffabfälle nahezu verdoppeln. Dafür brauchen es auch bessere Sortiertechnologien – wie etwa jenes, das die beiden Unternehmen vorstellen.

Eine bunte Mischung aus Kunststoffabfällen will sauber getrennt werden: eine Flasche aus Polyethylen mit hoher Dichte („HDPE Bottle“, Code 04), eine geblasene Flasche aus Polypropylen („PP Food Blowmold“, Code 06), ein Behälter aus Polystyrol („PS Food“, Code 009), eine nicht für Lebensmittel gedachte Verpackung aus Polyethylenterephthalat („PET non food“, Code 15), eine Getränkeverpackung aus PET („PET bottle“, Code 16) und eine Tablett aus PET („PET tray“, Code 17). 

Foto: Polysecure

Sortier-Know-how aus Freiburg

Das Unternehmen Polysecure hat neue Markermaterialien und eine darauf basierende Sortiermaschinen-Technologie entwickelt. „Tracer-Based-Sorting“, kurz TBS, lautet das Schlagwort. Die Idee: Gegenstände und Materialien mit fluoreszierenden Chemikalien, den „Tracern“, markieren und diese anschließende anhand der spezifischen Fluoreszenzeigenschaften der Tracer zu sortieren.

Polysecure nutzt hierfür fluoreszierende anorganische mit Übergangsmetallen dotierte Substanzen. Diese können auf Verpackungen aufgebracht werden, indem sie in eine Druckfarbe eingebracht werden. Sie können auch in ein Etikettenmaterial dispergiert oder durch Compoundierung oder Masterbatch in den Verpackungskunststoff selbst homogenisiert werden.

Die Fluoreszenzmarker können auf der ‧Oberfläche der Verpackungen, wie hier im Etikett, angebracht werden. 

Foto: Polysecure

Fluoreszierende Vorteile

Ein Vorteil dieses Ansatzes ist, dass, wird nur Fluoreszenz gemessen, kein Hintergrundrauschen das Sortieren stört. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Fluoreszenzeigenschaften der Tracer praktisch unabhängig von der Position, Bewegung, Deformation, Verstaubung und Kontamination der zu sortierenden Materialien auf dem Sortierband sind. Auch erkennen die Detektoren diese Tracer selbst dann, wenn sie in sehr geringen Mengen vorliegen.

Erste Ergebnisse zeigen, dass Kunststoffverpackungen durch dies Sortiercode-System gemäß ihrer Spezifikation unterschiedlich markiert und mit Detektionsquoten nahezu vollständig zuverlässig sortiert werden können.

Derzeit verfolgt Polysecure die Lebensmittelkontakt-Zulassung für eine kristalline anorganische Materialfamilie mit sehr guter Hitze- und Chemikalienstabilität. Alle toxikologischen Tests wurden mit sehr positivem Ergebnis bestanden. Diese Materialfamilie kann genügend Sortiercodes liefern, um Kunststoffverpackungen, Kunststoffabfälle aus der Automobilindustrie, Elektroschrott und andere Abfallströme zu sortieren.

Funktionsweise der Einzelstreckensortierung mit integraler Detektion am Beispiel von Kunststoffverpackungen. Grafik: Polysecure

Detektier-Know-how von Zeiss

Zeiss wiederum hat als führendes Unternehmen der optischen Industrie immer wieder marktformende Neuerungen hervorgebracht. Für das Stiftungsunternehmen sind Nachhaltigkeit und Geschäftserfolg untrennbar miteinander verbunden. Nachhaltige Wertschöpfung ist fester Bestandteil der Geschäftstätigkeit, die auf innovative Lösungen abzielt, zu einer positiven Entwicklung in der Gesellschaft beiträgt und langfristiges wie profitables Wachstum ermöglicht.

Ein erster Meilenstein der Zusammenarbeit war die Entwicklung eines neuen optischen Detektors, der für jedes Abfallobjekt vier bis fünf Messungen kombinieren kann: die Detektion fluoreszierender Tracern, dann die häufig bei Sortieranlagen verwendete Nahinfrarot-(NIR)-Messung, eine Farbmessung als auch eine Bilderkennung per Künstlicher Intelligenz sowie gegebenenfalls die Detektion einer Wassermarke.

Nach Durchlaufen der Detektionseinheit werden alle Objekte eines Abfallstroms entsprechend ihrer Spezifikation und Fraktionszugehörigkeit präzise abgelegt. Abfallströme können mit diesem Verfahren auch nach Herstellermarke oder Produktgruppen sortiert werden. Durch die hohe Qualität und Reinheit dieser Vorsortierungen kann dann mehr Kunststoffabfall CO2-effizient durch das mechanische Recycling zu hochwertigen Rezyklaten verarbeitet werden.

Ein Schritt statt 19 Schritte

Die neue Detektortechnologie wird in Freiburg in eine derzeit im Aufbau befindliche Sortierstrecke eingebaut. Die Sortierstrecke wird auf zahlreiche Abfallströme ausgelegt: Kunststoffverpackungen, Textilien, Schreddergut von Fahrzeugen, weißer Ware, Elektronikschrott bis hin zu Produktionsabfällen aus der Kunststoffindustrie.

Grafische Darstellung der „Tracer-Based-Sorting“-Versuchsanlage in Freiburg im Breisgau. Grafik: Polysecure

Die neue Sortiertechnik wird in etwa den gleichen Platz- und Automatisierungsgrad benötigen wie die derzeitige Sortiertechnik. Doch bei dem neuen Sortierverfahren erfolgt das Erkennen und Sortieren an einer Stufe. Dies spart auch erhebliche Mengen an Messgeräten, Förderbändern und Materialhandling.

Der Vergleich: Das bisherige umgesetzte Standardsortierverfahren in der Abfallwirtschaft basiert auf NIR-Sortern, die eine Sortierfraktion pro Sortierstufe durch eine Reihe von Druckluftdüsen trennen können. Für 20 Sortierfraktionen werden also mindestens 19 Sortierstufen benötigt. Darüber hinaus werden bei der konventionellen Aufstellung viele Förderbänder und Handhabungsgeräte benötigt, da die Abfallartikel mehrere Sortierstufen durchlaufen müssen, bis sie in ihre endgültige Fraktion sortiert sind.

Wirtschaftlich!

Das neue Sortierverfahren ermöglicht auch besser spezifizierte und reinere Fraktionen. Dies wiederum senkt bei Verwertern die Prozesskosten und erhöht die Qualität und damit den Preis der gewonnenen Rezyklate. Insgesamt wird das neue Verfahren nach aktuellen Kalkulationen nach Angaben von Polysecure mindestens genauso wirtschaftlich sein wie die heutige konventionelle Sortiertechnik.

Beide Unternehmen sind überzeugt, dass das neue Sortierverfahren zu keinen Mehrkosten in Recyclingprozessen führt, aber wesentlich verlässlicher, präziser und flexibler sortieren kann als die heutige Technik. Mit dem Erreichen der technischen und wirtschaftlichen Ziele planen beide Unternehmen zusammen mit weiteren Partnern die weltweite Vermarktung der neuen Technologie.

www.polysecure.eu

www.zeiss.de

Von Beate Kummer

Beate Kummer
Kummer: Umweltkommunikation GmbH
buero@beate-kummer.de
Foto: Kummer

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