Die Sortiermaschine mit Fließband, das den kleingeschredderten Plastikmüll transportiert.

Die Sortiermaschine mit Fließband, das den kleingeschredderten Plastikmüll transportiert. Fraunhofer IOSB

Nach einem Einkauf im Supermarkt quillt der Mülleimer über vor Plastikabfällen. Zwar sammelt der Großteil der Bürger die Verpackungen gewissenhaft in gelben Tonnen. Doch nur etwa 42 % dieser Abfälle werden recycelt. Der Rest landet in Müllverbrennungsanlagen. Dies betrifft vor allem schwarze Kunststoffe, die bislang nicht sortenrein getrennt werden können. Sortiersysteme arbeiten häufig im Nahinfrarot-Bereich, der es generell ermöglicht, Plastik zu klassifizieren. Bei schwarzen Kunststoffen absorbiert jedoch der Ruß, der dem Plastik seine dunkle Farbe verleiht, einen Großteil des Signals. Das optische System kann diese Werkstoffe nicht sehen.

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 haben nun eine Lösung für das Problem gefunden: „Wir haben erstmals ein bezahlbares Sortiersystem entwickelt, das sowohl schwarze als auch alle anderen farbigen Kunststoffe erkennt – in Echtzeit und in großen Mengen: Black Value“, erläutert Professor Thomas Längle, Abteilungsleiter am IOSB.

Das Herzstück des Systems ist die Radarkamera. Die Funktionsweise: Der kleingeschredderte Plastikmüll läuft über ein Fließband, an dessen Ende die Kunststoff-Flakes mit einer Geschwindigkeit von zwei bis 3 m/s 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.

98 bis 99 Prozent sortenrein sortiert – bei erschwinglichem Preis

„Je höher die Frequenz, mit der solche Kameras arbeiten, desto genauer messen sie – allerdings steigt mit der Genauigkeit auch ihr Preis“, sagt Dirk Nüßler, Geschäftsfeldsprecher Produktion am FHR. So kosten Radar- oder THz-Zeilenkameras schnell bis zu eine Millionen Euro. Der Kompromiss der Wissenschaftler: Spezielle Algorithmen erkennen auch kleinste Unterschiede in den Spektren. Da sie selbstlernend sind, arbeiten sie im Laufe der Zeit immer präziser. Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Die Kamera, die bei 90 GHz funktioniert, erreicht eine Sortenreinheit von 98 bis 99 % und liegt im Preis in der Größenordnung einer Hyperspektralkamera.

Die Anwendungen der Terahertz-Kamera beschränken sich nicht nur auf das Recycling. Sie kann zum Beispiel auch beim Stahlwalzen oder der Lebensmittelherstellung eingesetzt werden. Für unterschiedliche Anforderungen ist die Kamera modular aufgebaut; verschiedene Frequenzerweiterungen lassen sich ähnlich wie Objektive aufstecken. Momentan sind Erweiterungen für 120 und 240 GHz in Arbeit. Anfang 2017 soll die Kamera Recyclinghöfen zur Verfügung stehen und Ende 2017 auf den Markt kommen.