Afvalstromen Archieven

Efficiënter sorteren en zoveel meer met innovatieve karakterisatietechnologie

Technologie kan soms als bij toeval ontstaan. Toen VITO manieren wilde bedenken om afvalprocessen te modelleren, ontbrak het aan de juiste data om mee aan de slag te gaan. De enige manier om het hiaat in te vullen? Zelf een karakterisatietechnologie ontwikkelen. Iets waar de afvalindustrie wel oren naar had want hoe beter stromen gekarakteriseerd worden, hoe efficiënter het sorteren kan. SUEZ paste de technologie toe om hun bodemasverwerkingsproces te verfijnen. Maar de mogelijkheden reiken nog veel verder. Een nieuw onderzoeksproject moet de technologie nu verder opschalen naar industriële normen.

De hardware werd gebald in een toestel van 6 m lang, waar een transportband van 1 meter breed doorheen loopt.

Het idee achter het Characterise-to-Sort project (CtS) ontstond al in 2014 en getuigde meteen van de nodige ambitie. Initiatiefnemer VITO wilde afvalstromen, die vaak een zeer heterogene samenstelling kennen, in real-time kunnen karakteriseren. Kris Broos (business developer) en Roeland Geurts (onderzoeker) waren vanaf dag één bij het project betrokken. Broos: “Te weten komen wat er zich precies in een afvalstroom bevindt, gebeurt nu door staalafnames. Dat heeft twee belangrijke nadelen: het is lang wachten op de testresultaten en die tonen bovendien maar een tipje van de ijsberg want ze kunnen maar iets zeggen over een heel klein deeltje van de afvalstroom. De technologie die wij samen met de andere partners in het project ontwikkelden, legt daarentegen de volledige massabalans van de afvalstroom virtueel bloot. Op die manier kunnen recyclagebedrijven slimmere beslissingen nemen. Om de afvalstroom zo maximaal mogelijk te valoriseren, om de kwaliteitscontrole te verbeteren, om de eigen processen te optimaliseren, om nieuwe technieken uit te testen … kortom de mogelijkheden zijn legio.”

De karakterisatietechnologie combineert drie verschillende technieken in één toestel: X-stralen transmissietechnologie, een 3D-camera en een kleurencamera.

Drie technieken in één

Dat gebeurt door combinatie van drie verschillende technieken in één toestel: X-stralen transmissietechnologie, een 3D-camera en een kleurencamera. “We kijken dus verder dan het oppervlak alleen maar ook door de materialen heen om ze te kunnen karakteriseren”, vat Geurts samen. “De technieken werden in feite gekozen in functie van de afvalstroom. Door de expertise die VITO reeds in huis had rond minerale afvalstromen, was dit een voor de hand liggend vertrekpunt. Verschillende soorten plastics zullen we niet allemaal van elkaar kunnen onderscheiden, maar de gekozen technieken bieden voor zeer veel materialen potentieel. X-stralen zeggen namelijk iets over de densiteit van materialen. Door voor de dual energy variant te kiezen in combinatie met een 3D-camera kunnen we dichtheid, massa en atoomnummer van elk partikel in de afvalstroom achterhalen. De kleurencamera zorgt nog voor een bijkomende bevestiging.”

De technologie legt de volledige massabalans van de afvalstroom virtueel bloot.

Software zorgt voor de intelligentie

De hardware werd gebald in een toestel van 6 m lang, waar een transportband van 1 meter breed doorheen loopt. De aanvoer gebeurt via een trilgoot die ervoor moet zorgen dat het materiaal als een monolayer wordt neergelegd. “Dat is een kant van de medaille, de ontwikkelde software de andere. In eerste instantie brengt die de data van de verschillende sensoren samen in één perfect uitgelijnd beeld. Daarna wordt er aan de slag gegaan met gelabelde leerfracties. Deze leerfracties zijn materialen zoals bijvoorbeeld steen, glas of verschillende metalen zoals koper, aluminium, goud en zilver. Vervolgens worden er modellen gebaseerd op artificiële intelligentie toegepast die deze materialen in een gemengde inputstroom kunnen herkennen en kwantificeren “, aldus Geurts.

Meer dan sorteren alleen

Al bij de eerste proeven met bouw- en sloopafval haalde de CtS technologie een nauwkeurigheid van 96% voor de herkenning van zes verschillende materialen. “Ik maak me sterk dat als we die testen vandaag herhalen, we vlot de kaap van 99% ronden”, voegt Broos toe, “maar vandaag spitst het onderzoek zich voornamelijk toe op meer complexe en waardevollere materiaalstromen.” Het toepassingsgebied kan bijzonder breed gaan. De ontwikkelde machine kan aan de slag met partikels van 1 tot 200 mm, maar in principe zijn er geen limieten. De snelheid hangt af van hoe gedetailleerd het gewenste beeld moet zijn. Na afloop van het opvolgproject CHARAMBA moet de technologie in elk geval industrieel inzetbaar zijn. “In eerste instantie als karakterisatietechnologie om sorteerprocessen te optimaliseren in de recyclagesector, maar we kijken al veel verder dan dat. Naar het maken van massabalansen on the fly, naar real-time monitoring en naar virtuele experimenten. Hoe complexer het softwaremodel dat je bouwt, hoe meer data je uit een bepaalde heterogene stroom kan halen. En daar ligt het echte goud te rapen”, besluit Broos.

In het kader van de ontwikkeling van de circulaire economie heeft minister van energie, Leefmilieu en Duurzame Ontwikkeling Christine Marghem een studie bevolen om de economische en technische belemmeringen voor recyclage in kaart te brengen. Dat gebeurt per afvalstroom. Vorig jaar kreeg PMD zijn rapport. Uit de studie bleek dat de voornaamste belemmeringen te maken hebben met de kunststoffractie.

In het kader van de ontwikkeling van de circulaire economie heeft minister van Energie, Leefmilieu en Duurzame Ontwikkeling Christine Marghem een studie bevolen om de economische en technische belemmeringen voor recyclage in kaart te brengen.

Volgens het jaarverslag van Fost Plus bestond de markt voor huishoudverpakkingen in 2016 uit 183.334 ton. 159.456 ton daarvan wordt reeds ingezameld en verstuurd voor recyclage, goed voor een recyclagegraad van 84%. Daarmee gooien we weliswaar hoge ogen in Europa, toch is niet alles rozengeur en maneschijn in deze cijfers. Voor plastics ligt het recyclagepercentage maar op 36%. Vandaar dat een nader onderzoek van de PMD-zak op zijn plaats is. In België zijn er negen sorteercentra voor PMD actief, die jaarlijks ongeveer 157.000 ton afval te verwerken krijgen dat met de blauwe zak wordt opgehaald. Daaruit wordt naar schatting 132.000 ton gerecycleerd, oftewel 84% De rest bestaat uit de zakken zelf, sorteerfouten, ingezamelde maar niet gerecycleerde afvalstromen en niet-efficiënte sortering.

Problemen vooral van toepassing op kunststoffracties

Uit een studie ter plaatse en gesprekken met de sorteercentra kwamen zeven zaken naar voren als voornaamste belemmering voor de recyclage. Het zijn niet de enige problemen, maar wel problemen waarvoor prioritaire actie kan worden ondernomen. Allen hadden te maken met de kunststoffractie. We overlopen ze in volgorde van belangrijkheid, rekening houdend met de huidige en toekomstige uitdagingen.

1) Verpakking opgebouwd uit verschillende materialen: minimaal 10.000 ton

Idealiteit moeten verschillende materialen met een minimum aan inspanning van elkaar gescheiden kunnen worden. Er bestaat echter niet voor alles een technisch rendabele oplossing. Een voorbeeld daarvan zijn blikjes uit aluminium en pet, die in verschillende grote Belgische ketens verkocht worden. Ook voor chipszakken, waar de aluminiumlaag licht en zuurstof vasthoudt zodat de chips langer houdbaar blijven, bestaat er momenteel geen scheidingsproces. Ten slotte geven ook de verzegelde verpakkingen voor verse producten zoals charcuterie, vlees en kaas problemen door de keuze van het soort kunststof (PVC), door het gebruik van meerdere lagen in het onderste gedeelte van het schaaltje en door de verzegeling die meestal uit meerdere lagen bestaat. Men zou bijvoorbeeld kunnen evolueren naar eenlagige petbakjes.

Het bekendste voorbeeld is een ketchupfles, waarbij een additief wordt gebruikt om de verpakking te beschermen tegen de zuurtegraad van tomaten. Dat is niet detecteerbaar met de huidige optische sorteertechnieken).

2) Ondoorzichtige pet of andere petkleuren: minimaal 3.000 ton

Het gebruik stijgt snel. Hoe homogener de afvalstroom van kleur is, hoe groter de hoeveelheden en dus hoe eenvoudiger de recyclage. Bepaalde kleuren geven vanaf een bepaalde intensiteit moeilijkheden wanneer ze gebruikt worden voor flessen/strapping. Momenteel zijn er geen oplossingen voor en worden dergelijke petflessen verbrand. Door snel ecodesign te introduceren zou dit kunnen verbeteren. Op lange termijn kan men op Belgisch of Europees niveau bepaalde petkleuren verbieden.

3) De sleeve: meer dan 5.000 ton

Voor het recycleren heeft een sleeve het voordeel dat er geen lijm nodig is en dat er geen pigment hoeft te worden gebruikt om de fles te kleuren. De hoogte van de sleeve kan echter problemen geven, want als de fles volledig bedekt is kan het materiaal niet worden geïdentificeerd door optische sorteermachines. Het materiaal kan ook verschillen van de verpakking wat bijkomende problemen geeft. De enige oplossing is voorlopig een manuele nasortering of het gebruik van sleeves die meer dan 75% van de fles bedekken verminderen. Op middellange termijn kan rechtstreekse bedrukking een oplossing zijn.

4) Zwarte verpakkingen: 5.000 ton

Tot voor kort was optisch sorteren van zwart niet mogelijk. Door technologische vooruitgang kan dat wel al, maar het vraagt wel om een zorgvuldige voorbereiding van het materiaal. De kleur zwart geeft ook problemen in het eindgebruik. Het is vrijwel onmogelijk om transparante kunststof te maken van gekleurde gerecycleerde producten. Zwarte verpakkingen kan men daarom het beste beperken tot bepaalde kunststoffen of zelfs tot een bepaald type product met een gevaarsymbool.

5) Ronde vormen en/of hoge dichtheid: 3.000 ton

In recyclage is het noodzakelijk dat verpakkingen worden samengedrukt. Dat moet horizontaal gebeuren, zodat de dop en het etiket herkenbaar blijven. Flessen tot 25 cl worden over het algemeen zeer zelden samengedrukt. Daardoor rollen ze over de band en kunnen ze niet correct geïdentificeerd worden. Datzelfde kan voorvallen bij flessen met een hogere dichtheid. Het is nodig om burgers bewust te maken van het belang van het goed samendrukken van de flessen. Er zouden ook nauwkeuriger instructies moeten komen voor verpakkers omtrent ronde of kleine verpakkingen.

6) Zelfde verpakking maar verschillende kunststoffen: tonnage moeilijk in te schatten

Het overstappen van de ene kunststof naar de andere wordt gestuurd door de markt en concurrerende fabrikanten. Bij het manueel sorteren achteraf wordt er vooral naar het merk gekeken. Maar als de kunststof kan verschillen, dan zorgt dat voor problemen. Temeer omdat er geen systematische gegevens beschikbaar zijn voor sorteercentra over de evolutie van de samenstelling van de op de markt gebrachte verpakkingen. De enige oplossingen ligt in een fijnere optische sortering en een uitgebreidere controle van de kunststoffen in verpakkingen, aangevuld met meer informatieoverdracht tussen fabrikanten, gebruikers en afvalbedrijven.

7) Complexiteit van verpakking

Dit probleem werd gesignaleerd door de recyclagefabrieken, waarbij nieuwe materialen in kleine hoeveelheden in een verpakking aanwezig zijn in vergelijking met de basiskunststof. Deze zijn niet detecteerbaar met de huidige optische sorteertechnieken. De meest gebruikte vorm van barrières zijn multilayers, blends en coatings. Het bekendste voorbeeld is een ketchupfles, waarbij een additief wordt gebruikt om de verpakking te beschermen tegen de zuurtegraad van tomaten. De verscheidenheid aan additieven en barrières is echter zo groot dat het onmogelijk is om een exhaustieve lijst te geven van de daaraan verbonden recyclageproblemen.

Tagarchief: Afvalstromen

Afvalstromen virtueel binnenste buiten gekeerd