Mobile NIR Spektroskopie-Lösung: Kunststoffe. (Bild: alle Trinamix)

Mobile NIR Spektroskopie-Lösung: Kunststoffe. (Bild: alle Trinamix)

Ein wichtiger Prozessschritt beim Recycling ist das Trennen der verschiedenen Kunststoffsorten: Damit Kunststoffe sortiert und zur Wiederverwendung verarbeitet werden können, muss eine Vielzahl an unterschiedlichen Sorten differenziert werden – und zwar am besten direkt dort, wo Kunststoffabfall entsteht oder gesammelt wird. Informationen über die Beschaffenheit eines Kunststoffs sind essenziell für die weitere Verwertung im Sinne einer Circular Economy. Die Sortenreinheit stellt einen zentralen Qualitätsfaktor der gewonnenen Rezyklate in der Wertschöpfung dar. In den meisten Fällen können Kunststoffe jedoch vom menschlichen Auge nicht unterschieden werden. Proben müssten zur Klassifizierung in ein Labor geschickt werden oder in stationären, industriell betriebenen Anlagen sortiert werden. Ein zeitlicher beziehungsweise finanzieller Aufwand, der für viele Akteure entlang der Wertschöpfungskette – von Rückbaufirmen über kleinere Recyclingbetriebe und Wertstoffhöfe bis zu den Herstellern und Verarbeitern von Waren aus Rezyklat – nicht darstellbar ist.

Hier bietet das BASF-Tochterunternehmen Trinamix eine flexible und praktikable Lösung, die vor Ort zuverlässige Informationen über die Kunststoffsorte liefert und auch von Mitarbeitenden eingesetzt werden kann, die nicht für komplexe Laboranalysen geschult wurden. Mit der mobilen Nahinfrarotspektroskopie kann eine seit Jahrzenten im Labor- und Industrieumfeld bewährte Analysenmethode nun in einem handlichen Format auf dem eigenen Firmengelände angewendet werden. Das Labor wird also zur Probe gebracht – und nicht umgekehrt. Möglich machen das aktuelle Entwicklungen im Bereich der Miniaturisierung und des Cloud-Computing.

Mobile NIR-Spektroskopie ermöglicht professionelle Laboranalyse vor Ort 

Übersicht Methodik NIR-Spektroskopie.

Übersicht Methodik NIR-Spektroskopie.

Das tragbare Spektrometer enthält einen eigens produzierten Infrarot-Chip, um die molekulare Struktur verschiedener Materialien in einem Wellenlängenbereich bis 3 µm zu analysieren

NIR-Spektroskopie nutzt einen bekannten physikalischen Effekt: Wird ein organisches Material mit Infrarotlicht beleuchtet, regt ein Teil des Lichts die Moleküle zum Schwingen an. Da jeder Stoff die Strahlung unterschiedlich absorbiert, ist das zurückreflektierte Spektrum so einzigartig wie ein Fingerabdruck und kann zur Charakterisierung und Identifikation des Stoffes genutzt werden. Der Wellenlängenbereich von Nahinfrarotlicht gilt dabei als besonders relevant, da entlang des Wellenlängenspektrums von 780 nm bis 3 µm zahlreiche Materialien klassifiziert und charakterisiert werden können.

Kunststoffsortierung wird flexibel, schnell und profitabel

Mit dem Labor für die Hosentasche können auch unerfahrene Techniker Kunststoffe sehr schnell identifizieren.

Mit dem Labor im Hosentaschen-Format können auch unerfahrene Techniker Kunststoffe sehr schnell identifizieren.

Angewandt auf den Kunststoffkreislauf ermöglicht die Lösung von Trinamix schon heute die Identifizierung der wichtigsten Kunststoffe vor Ort. Hierfür wird das Spektrometer direkt an den zu untersuchenden Kunststoff gehalten und dieser wird per Knopfdruck mit Nahinfrarotlicht beleuchtet. Die Spektren des reflektierten Lichts werden mit dem Infrarotdetektor im Spektrometer aufgezeichnet und im nächsten Schritt in die Cloud übertragen. Die Daten werden mit einem dort hinterlegten chemometrischen Modell, das Informationen über die einzelnen Spektren unterschiedlicher Kunststoffe enthält, abgeglichen und das Material identifiziert. Innerhalb weniger Sekunden erhält der Anwender über die Smartphone-App eine Materialklassifizierung und kann bei Bedarf weitere Informationen in einem Portal auf dem Desktop-PC aufrufen.

Abhängig vom Einsatzbereich des Kunden variieren die Anforderungen hinsichtlich des zu unterscheidenden Materials. Während auf den Wertstoffhöfen die grundlegende Unterscheidung von den Standardkunststoffen relevant ist, benötigen die Recycler eine genauere Differenzierung von Copolymeren oder Polymerblends. Bereits heute umfasst die Liste der unterscheidbaren Kunststoffe 17 Materialien.

Übersicht über die Kunststoffe, die sich mit der vorgestellten NIR-Methode identifizieren lassen.

Standard Kunststoffe Technische Kunststoffe Sonstige Kunststoffe
PE PMMA PU
PP PC PB
PS ABS SBS/SEBS
PVC POM PSU
PET PA HPL
  ASA  
  ABS/PA  

In Zusammenarbeit mit Kunden und Partnern werden perspektivisch weitere Kunststoffsorten und -konstellationen mit der Spektroskopie-Lösung klassifiziert. Die neu erfassten Kunststoffe werden dem Nutzer über ein Update bequem und schnell zur Verfügung gestellt. Insbesondere vor-Ort-Analysen von Multilayer-Verpackungen und Informationen zum Verhältnis der einzelnen Kunststoffe in Polymermischungen lösen künftig zentrale Herausforderungen bei der Sortierung von Kunststoffen. Innovative Technologien und Fortschritte im Bereich etablierter Analysemethoden, wie beispielsweise der NIR-Spektroskopie, können so einen Beitrag leisten, Kunststoffrecycling für viele Marktteilnehmer attraktiver zu machen.

Über die Autoren

Steven Meyers

ist Manager Communications bei Trinamix in Ludwigshafen.

Dr. Nils Mohmeyer

ist Head of Sales & Marketing IR Sensing bei Trinamix in Ludwigshafen.