Beteiligt an den Projekt sind Polysecure, HD Vision Systems, Karlsruhe Institut für Technologie (KIT), Hochschule Pforzheim und das Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV. Ziel des Forschungsvorhabens „Tracer Based Sorting – Effizient und Flexibel“ (Tasteful) ist eine höhere Effizienz und Praktikabilität der Tracer-Based-Sorting-Technologie (TBS). Teilziele des Projektes sind die Verbesserung der Anregungstechnologie, die Erweiterung des Tracer- und damit Sortiercode-Portfolios sowie die Erweiterung der Sortiertechnik um Objekterkennungssysteme.

Perspektivisch wird so das verlässliche Erkennen von Sortiergut durch die Kombination von Tracer-Detektion und Objekterkennung auf Basis Künstlicher Intelligenz (KI) verbessert. „Wir realisieren damit einen Innovationssprung für die Kreislaufwirtschaft, die zukünftig besser und kostengünstiger sortieren kann als mit den nicht ausreichenden aktuellen Sortiertechnologien“, erläutert Prof. Dr. Jörg Woidasky von der Hochschule Pforzheim.

Industrielle Qualitätssicherungssysteme im Einsatz

Polysecure verfolgt diesen Ansatz gemeinsam mit Forschungspartnern, um schnell anwendungsreife Lösungen für die Sortierung bereitzustellen. Hierzu stellt das Unternehmen HD Vision Systems aus Heidelberg optische Systeme bereit, die bisher für industrielle Identifikationsaufgaben der Qualitätsprüfung und Robotersteuerung eingesetzt werden. Die Prüfsysteme und verarbeitenden neuronalen Netze passt das Unternehmen an die neue Applikation an. CEO und Gründer Dr. Christoph Garbe erklärt die Besonderheiten dieser Prüfaufgabe: "Verpackungsmaterialien weisen meist sehr komplexe optische Eigenschaften wie z.T. beliebige Verformungen auf. Mit unserer Lichtfeld-Bildgebung können wir dies meistern: Unser Messsystem ermöglicht nicht nur die Geometrievermessung, sondern auch die Bestimmung der optischen Oberflächeneigenschaften.“

Demonstrationsanlage in Freiburg geplant

Die Objekterkennung und Tracer-Identifikation wird vom Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV aus Augsburg mittels Methoden der Künstlichen Intelligenz verfolgt. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelt gemeinsam mit Polysecure neue Tracer-Substanzen, und die Hochschule Pforzheim führt abfallwirtschaftliche Untersuchungen durch und unterstützt den Markteintritt der TBS-Technologie. Die Arbeitsergebnisse werden in einer Demonstrationsanlage im Technikum von Polysecure in Freiburg zusammengeführt, wo zum Abschluss des Vorhabens umfangreiche Sortierversuche zur Validierung unter Realbedingungen geplant sind. Die Arbeiten des Konsortiums begannen im Februar 2021 mit einem gemeinsamen Projekttreffen und werden voraussichtlich zwei Jahre dauern.

Technik im Detail: Tracer-Based-Sorting

Beim Tracer-Based-Sorting erhalten Kunststoff-Verpackungen durch Tracer einen ihrer technischen Spezifikationsklasse entsprechenden Sortiercode. Hierzu werden die anorganischen Tracer-Substanzen entweder in den Packstoff dispergiert oder durch herkömmliche Druckverfahren auf die Verpackung oder das Etikett aufgebracht. Bei geeigneter Anregung der Tracer fluoreszieren diese und emittieren in jede Richtung eine charakteristische Fluoreszenz – den Sortiercode. Diese optische Signatur kann auch bei schnell und unkontrolliert bewegten, schmutzigen und deformierten Verpackungen gut detektiert werden. Keine andere Technologie bietet eine vergleichbare Verlässlichkeit und Effizienz für die Sortierung von Abfällen.

Verpackungsabfälle lassen sich nach dem aktuellen Stand der Technik mit Sortierverfahren unter Nutzung von Reflektionsspektroskopie im nahen Infrarot (NIR-Sorter) nur nach Kunststoffart (PP, PE, PS, PET) sortieren, was einen erneuten qualitativ hochwertigen Einsatz verhindert. „Eine vollständige Kreislaufführung wird erst durch eine Differenzierung nach weiteren Kriterien, z.B. Lebensmittel-Anwendungen wie Joghurtbecher versus Nicht-Lebensmittel-Anwendungen wie Körperpflegeprodukte oder sogar nach Herstellern möglich“, so Dr. Frank Fuchs, Projektkoordinator. „Durch unsere Tracer können Brands in Zukunft Packstoffe in bekannter Qualität und Menge wieder zurückerhalten und erneut einsetzen.“