Hyperspectral Imaging zur Online-Charakterisierung von Gemischen in mechanischen WEEE Recycling-Systemen

Pilot-Rückproduktionsanlage – Recyclinganlage beim Forschungs­institut ITIA-CNR in Mailand
Forschungsgruppe: Prof. Marcello Colledani (Koordinator), Dr. Nicoletta Picone (ITIA-CNR), Dr. Monica Pepe (IREA-CNR), Dr. Gabriele Candiani (IREA-CNR)

Die Recyclingindustrie ist ein Schlüssel­faktor um Materialkreisläufe zu schließen und das wichtige Ziel einer weltweit nachhaltigen Entwicklung zu erreichen. Mit Zuwachsraten von 5% pro Jahr sind Elektro- und Elektro­nik­altgeräte die am schnellsten wachsende Abfallgruppe innerhalb der EU. Zurzeit werden 15% dieses potenziellen Sondermülls unsortiert entsorgt, lediglich 40% werden recycelt oder wieder verwertet. Neue, intelligente Recyclingtechniken sind daher gefragt, um eine ökonomisch und ökologisch sinnvolle Lösung für dieses Problem zu finden.

Im Rahmen eines großen Forschungs­pro­jektes wurde nun ein schnelles und fle­xibles Vision-System für die Charak­terisierung von kleinteiligem elektrischen und elektronischen Abfall entwickelt – eine vollständig automatisierte Rückproduktions-Anlage für mechatronische Komponenten. Das System basiert auf der Hyperspectral-Imaging (HSI)-Technologie und kombiniert zwei von LOT-QuantumDesign zur Verfügung ge-­
­­stel­lte Hyperspektralkameras mit zwei Beleuchtungseinheiten.

Mit Aberrationen im Sub-Pixel-Bereich bieten unsere Hyperspektralkameras höch­ste optische Qualität und Auf­lösung. Zudem zeichnen sie sich durch große Stra­­pazierfähigkeit und Zuverlässigkeit aus. So konnte die Rückproduktions-An­­lage bei Ver­su­chen mit elektrischen Kabeln bereits im Vorfeld einige große Herausforderungen erfolgreich bewältigen:

1.  Integration in eine Online-Wieder­aufbereitungsanlage
2. Entwicklung von auf NIR-Spektral­analyse (900 nm - 1700 nm) basieren­den, innovativen Verfahren zur Onli­ne-Gemisch-Charakterisierung, mit der sich Metall- von Nicht-Me­tall­ele­menten trennen lassen. Gleich­zeitig können sowohl die Qualität von End-of-Life (EOL)-Produkten als auch die unter­schiedlichen Ströme innerhalb der Re­cyclinganlage kontrolliert werden.
3. Anwendung dieser Technologie auf sehr kleine Materialteilchen (< 2 mm)

Vorteile:

Echtzeitkontrolle: Online-Vorwärts­schub-Regelung für anpassungsfähige Recyc­ling-Systeme
Qualitätskontrolle: Bestimmung des Rein­heitsgrades sortierter Materialien
Ge­mischgröße, -form und -zusam­mensetzung sind inline und während des gesamten Prozesses sichtbar, so dass auf teure und langwierige Verfahren wie Röntgendiffraktion (XRD), Röntgenfluoreszenz (XRF) oder Mas­senspektroskopie verzichtet werden kann.

Hyperspectral Imaging kombiniert die Imaging-Eigenschaften einer Di­gital­ka­­­mera mit den Eigen­schaften eines Spek­trometers. Es sammelt die spektralen Informationen an jedem Pixel eines Bildes, um die chemischen Bestandteile zu identifizieren und zu quantifizieren und die räumliche Vertei­lung des analysierten Bildes zu berechnen.

HIS-Systeme sind flexibel einsetzbar und kostengünstig.

In diesem Forschungsprojekt wurde zunächst mit Plastikpartikeln < 1,4 mm, Kupferdrähten verschiedener Längen und einem Abschnitt von 300 µm ein erstes Sortierungsmodell implementiert. Im nächsten Schritt ging man zu komplexeren Materialien über. PCBs, auf eine Größe von 0,5/1,0 mm geschreddert, wurden im sichtbaren NIR (400 nm - 1000 nm) analysiert. Erste Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, reines Kup­fer, Eisenteile und Messing zu sortieren. Ziel der Forschungsgruppe ist es, die Sortierkapazität des Systems auf alle Metalle auszuweiten, um zukünftig mechatronische Komponenten vollständig recyceln zu können.

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