Die Alterung von Kunststoff im Blick
Das Forschungsprojekt „SpectralAIge“ entwickelt spektroskopische Messsysteme, welche die prozessbedingte Materialalterung von Kunststoffen schnell und präzise bewerten können.
Projektpartner sind die Unternehmen Silicann Systems und HAIP Solutions, Fraunhofer IFF und das Kunststoff-Zentrum SKZ aus Würzburg. Mit der Unterstützung von künstlicher Intelligenz (KI) sollen die bestmöglichen Entscheidungen für die Aufbereitung und Verwendung von Sekundärkunststoffen getroffen werden, um unterschiedlich stark gealtertes Kunststoffmaterial zu erkennen, zu sortieren und dem optimalen Recyclingpfad zuzuführen.
Mit den gewonnen Projekterkenntnissen soll die Erkennung von degradierten Materialien im geschlossenen PET-Pfandflaschen-Kreislauf und in Kunststoffsortieranlagen möglich sein. Dies bietet die Option, bestmögliche Entscheidungen für die Aufbereitung und Verwendung von Sekundärkunststoffen zu treffen. Durch das frühzeitige Aussortieren von zu stark degradierten Materialien wird eine höhere Qualität des Rezyklats sichergestellt. Dies ist unter anderem in der Herstellung von Lebensmittelverpackungen wie Pfandflaschen unabdingbar.
Kunststoffe werden im Recyclingprozess wiederholt hohen Temperaturen und mechanischen Belastungen, zumeist im Extrusions- und Spritzgussprozess, ausgesetzt. Dies kann zur Alterung beziehungsweise Degradation der Materialien führen. Bei zu hohen Konzentrationen von stark gealtertem Material im Herstellungsprozess könnte sich somit die Qualität des Produkts vermindern. Zwar vermögen Additive diese Alterungsprozesse bis zu einem gewissen Grad ausgleichen, doch bei stark gealtertem Material bleibt nur ein Downcycling oder chemisches Recycling. Derzeit fehlen jedoch industrielle Verfahren, um die Alterung bei Kunststoffabfällen schnell und zuverlässig zu analysieren und zu bewerten.
Im ersten Projektansatz werden hyperspektrale Kamera-Systeme (HSI), die bereits in der Kunststoffsortierung etabliert sind, um LED-basierte Lichtquellen für die Fluoreszenzanregung erweitert. Neben den klassischen Absorptionsspektren können dadurch auch angeregte Fluoreszenzspektren erfasst werden. Die Analyse dieser spektralen Daten mittels KI ermöglicht die präzise Bestimmung der Materialalterung von Kunststoffabfällen.Die Entwicklung KI-unterstützter, günstiger, inverser Spektrometer steht im zweiten Ansatz im Fokus. Hierfür werden aus breitbandigen Messergebnissen von HSI-Messungen relevante Wellenlängen extrahiert und mithilfe dieser Daten ein inverses Spektrometer gebaut. Sie sollen Rückschlüsse auf die prozessbedingte Alterung von Kunststoffmaterialen ermöglichen. Im Gegensatz zu einem Spektrometer, welches einen kompletten Wellenlängenbereich abdeckt, deckt ein inverses Spektrometer gezielt nur einzelne Wellenlängenbandbereiche ab. Dadurch können die Produktionskosten gesenkt und ein breiter, industrieller Einsatz erreicht werden.
(Erschienen im EU-Recycling Magazin 03/2025, Seite 46, Foto: Bertold Zugelder – Kunststoff-Zentrum SKZ/Adobe Firefly, Bild wurde durch KI generiert)
