Im Forschungsprojekt “OptiLoop” wurde ein sensorgestütztes Sortierverfahren zur sortenreinen Trennung mineralischer Bau- und Abbruchabfälle auf der Basis hyperspektraler Nahinfrarot-Sensorik (NIR) entwickelt – gekoppelt mit einer Farberkennung (VIS).

Bild OptiLoop Praxisgemisch nach Siebung und Waschung

Praxisgemisch nach Siebung und Waschung im feuchten Zustand

OptiLoop – Sensorgestütztes Sortierverfahren

Entwicklung eines sensorgestützten Sortierverfahrens zur sortenreinen Trennung mineralischer Bau- und Abbruchabfälle auf Basis hyperspektraler Nahinfrarot-Sensorik (NIR) gekoppelt mit einer Farberkennung (VIS)

Obwohl Forschung und Entwicklung in weiten Teilen der Recyclingindustrie (Papier-, Kunststoff-, Metall-, Glasindustrie) recht fortgeschritten sind, ist bislang immer noch unbekannt, welche Verfahren für das Baustoffrecycling geeignet sind. Diese technologische Unsicherheit sollte durch entsprechende Grundlagenforschung und die Entwicklung neuartiger Verfahren, speziell für die Aufbereitung/Trennung von Bauschutt, behoben werden.,

Mineralische Bestandteile mit ähnlicher Materialrohdichte können i. d. R. nur schwer anhand physikalischer Trenncharakeristika, wie der Dichte, sortiert werden. Hierdurch besteht ein Bedarf an Dichte unabhängigen Technologien, die in der Lage sein müssen, Materialien auch anhand ihrer chemisch-mineralogischen Zusammensetzung zu sortieren. Neue Technologien könnten die Qualität der RC-Baustoffe entscheidend verbessern und neue Verwertungswege erschließen. Handlungsbedarf besteht vor allem in der händisch schwer sortierbaren Fraktion 0/45 mm.

Sowohl die NIR-Sensorik als auch die Farberkennung sind für die Sortierung von Bau- und Abbruchabfällen geeignet, allerdings sind beide für sich betrachtet in ihrer technologischen Anwendbarkeit begrenzt, was letztendlich zu einer unzureichenden Sortierqualität führt.

Verbesserte Sortierqualität als Forschungsgegenstand

Forschungsgegenstand dieses Projektvorhabens waren Untersuchungen und Software-Entwicklungen zur Kopplung beider Technologien (NIR und Farberkennung) für eine verbesserte Sortierqualität, die Erforschung der Anwendungsgrenzen und der Ableitung allgemeiner Zusammenhänge. Die chemisch-mineralogischen Zusammensetzungen wurden mit den Spektren korreliert, um durch neue Sortierverfahren für Bauschutt und daraus erzeugte Sekundärrohstoffe neue Verwertungswege zu eröffnen.

Sortenreine Baustoffe und Modellgemische konnten im NIR- und im VIS-Bereich mit zufriedenstellendem Erkennungsgrad sortiert werden. Zur Kopplung von NIR- und Farberkennung wurden verschiedene Sortierprogramme erstellt und getestet. Die höchsten Sortierraten für Holz und Gips wurden mit NIR-Erkennung erreicht, die höchsten Werte für Ziegel lieferte die Farberkennung. Kalksandstein wird mit der höchsten Rate erkannt, wenn sowohl NIR- als auch Farbspektren zur Identifizierung herangezogen werden. Durch die Kopplung werden die Nachteile beider einzelnen Technologien teilweise ausgeglichen. So wird eine Sortierrate von bis zu 90 % möglich.

Praxismaterial weist differenzierte Sortierraten auf

Das Praxismaterial konnte ohne Entfrachtung vom Feinmaterial (Siebung, Windsichtung, Waschung etc.) nicht sortiert werden. Nach der Siebung erreichte die NIR-Erkennung für Holz eine Sortierrate von > 90 %, die durch zusätzliche Farberkennung auf 96 % gesteigert werden konnte. Im gewaschenen feuchten oder trockenen Zustand wurde hier keine höhere Sortierrate erreicht. Die Sortierrate für Gips konnte durch Farberkennung nicht gesteigert werden. Sie beruht ausschließlich auf NIR-Erkennung und erreichte für gewaschenes und getrocknetes Material 100 %. Für Ziegel war die Sortierrate bei NIR-Erkennung gering, bei Farberkennung wurden für gewaschenes und getrocknetes Material ca. 63 % erreicht.

Zweistufige Sortierung am Praxisgemisch

Die Abbildungen zeigen die Ergebnisse der zweistufigen Sortierung am Praxisgemisch. Ursache für die geringen Sortierraten waren die noch vorhandenen Verunreinigungen bzw. bei NIR-Erkennung der Wasserfilm auf der noch feuchten Partikeloberfläche. Zudem sind Verbundpartikel zu finden – deren Erkennung erschwert wird – da bei den optischen Verfahren nur die Partikeloberfläche aus einer Richtung erfasst wird. Je mehr Verbundpartikel im Sortiergut enthalten sind, desto mehr anhaftende Fremdstoffe (Putz) sind im Zielmaterial enthalten. Der Anteil der Verbundpartikel im Sortiergut sinkt mit steigendem Aufschlussgrad. Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit der Erkennung. Dagegen nimmt jedoch die Partikelgröße mit steigendem Aufschlussgrad ab und Störstoffe geringer Festigkeit reichern sich in der Feinfraktion an. Partikelgrößen unter 8 mm können mit den gewählten Verfahren derzeit nicht ausreichend sortiert werden.

OptiLoop-Forschungsergebnisse und Neuentwicklungen

Die Projektergebnisse flossen in die Entwicklung eines Freifallsortierers in Kooperation mit der Fa. Optosort ein. Die Integration von jeweils zwei einander gegenüber angebrachten hyperspektralen NIR-Kameras und Farbzeilenkameras ermöglicht die Erkennung anhaftender Fremd- und Störstoffe an Verbundpartikeln.

Bild Freifallsortierer der Firma OptoSort

Freifallsortierer der Firma OptoSort

Eine solche Anlage steht im Recyclingtechnikum des IAB Weimar für Forschungszwecke zur Verfügung. Nach derzeitigem Kenntnisstand lassen sich organische Materialien, Ziegel sowie sulfatbasierte Hauptbaustoffe (darunter Gipsputze und Porenbeton) ohne Probleme erkennen und somit aus mineralischen Bauschuttgemengen abtrennen. Der Fokus zukünftiger Arbeiten richtet sich auf die sortenreine Trennung weiter mineralischer Fraktionen.


Ansprechpartnerin

Dipl.-Ing. Ines Döring
+49 (0) 3643 8684-167
+49 (0) 3643 8684-113
i.doeringiab-weimar.de

 

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