Insamlingen av hushållens förpackningsavfall i Sverige har lagts om. Kommunerna tog över det operativa ansvaret den 1 januari 2024, och senast den 1 januari 2027 ska fastighetsnära insamling av papper, plast, metall och glas vara utbyggd i samtliga kommuner enligt Naturvårdsverket. Materialet ska sedan delas upp i fraktioner som håller för materialåtervinning, och delar av det arbetet utförs av sensorstyrda maskiner som läser av avfallet i rörelse.
Vad sensorn faktiskt mäter
En ljuskälla belyser materialet, en sensor mäter hur mycket ljus som reflekteras vid olika våglängder och en beräkningsenhet jämför mönstret mot inlärda referensspektra. Olika polymerer och fibermaterial absorberar ljus vid olika våglängder, och det ger varje material ett igenkännbart avtryck.
Området som används kallas nära infrarött, NIR, och omfattar våglängder mellan 780 och 2500 nanometer. Det delas ofta i två delar eftersom detektortekniken skiljer sig: kiselbaserade sensorer under ungefär 1050 nanometer, detektorer av indiumgalliumarsenid över den gränsen. Enligt en genomgång publicerad i tidskriften Polymers 2017 domineras området av över- och kombinationstoner från C-H, N-H, O-H och O-C-grupper, och identifieringen av plast bygger framför allt på sträckvibrationer hos CH-, CH2- och CH3-grupper kring 1,1 till 1,25 mikrometer. Samma genomgång beskriver att avancerade system når mätfrekvenser på flera tiotusen spektra per sekund.
Så byggs en sorteringsmodul
En modul har fem funktioner som hänger ihop mekaniskt och tidsmässigt.
- En matare fördelar materialet jämnt över bandbredden
- Ett accelerationsband sträcker ut flödet så att objekten separeras från varandra
- En belysningsenhet och en sensorlist tvärs bandet läser av materialet i rörelse
- En processorenhet klassificerar varje objekt och räknar ut när det passerar bandets ände
- En ventilbalk med tryckluftsmunstycken blåser ut de objekt som ska avskiljas
Sensorn registrerar var på bandbredden objektet befinner sig, klassificeringen kopplas till positionen och rätt munstycke aktiveras när objektet passerar. Missar tidsstyrningen med några millisekunder träffar luftpulsen fel objekt. Varje modul delar materialet i två strömmar, så fler fraktioner kräver fler steg efter varandra eller maskiner med utmatning åt två håll.
Materialflödet före sensorn
Resultatet avgörs i lika hög grad av det som sker före sensorn som av sensorn själv. Materialet delas i storleksfraktioner genom siktning, lätta fraktioner som folier avskiljs med luftsikt och metall plockas bort med magnet eller virvelströmsseparator innan materialet når den optiska sorteringen.
Beläggningen på bandet påverkar utfallet direkt. Ligger objekten i lager ovanpå varandra ser sensorn bara det översta, och det som ligger under följer med i fel fraktion. Utrustning för optisk sortering av avfall väljs därför utifrån kornstorlek, materialslag och önskad kapacitet, och samma sensorprincip förekommer i maskiner för plast, papper, glas, metall och blandat hushållsavfall. Fukt på materialytan och damm i luften försämrar signalen, så bandhastighet och luftflöden brukar i praktiken behöva justeras efter materialets ursprung.
Styrning och drift
Klassificeringen sker i maskinens egen processorenhet, medan start, stopp, hastigheter och samverkan med intilliggande transportörer hanteras via överordnad styrning. Samma frågor uppstår som i andra sammansatta linjer, där maskiner från olika tillverkare ska utbyta information om status och hastighet. Ett liknande upplägg beskrivs i genomgången av automatisering av förpackningslinjer.
Varje materialström körs mot ett recept: vilka spektralklasser som räknas som accept och hur långt tidsfönstret för utblåsning ska vara. Ett brett fönster ger renare fraktion men högre tryckluftsförbrukning och större materialförlust. Damm på glasrutan sänker signalstyrkan gradvis, och utan uppföljning märks det först när renheten i utfallet börjar sjunka. Loggning av andelen felsorterat material per skift fyller samma funktion som digitala mätprotokoll i tillverkning.
Gränserna i tekniken
Svart plast visar var metoden tar slut. Svärtningen åstadkoms genom inblandning av ungefär 0,5 till 3 massprocent sot eller svart masterbatch, och sotet absorberar ljuset i NIR-området så att ingen signal går att utvärdera. Materialet klassas då som okänt och hamnar i restfraktionen. Lackskikt på ytan ger samma effekt. För svarta polymerer används mellaninfraröd spektroskopi som alternativ, där absorptionsbanden är starkare och materialen går att skilja åt oavsett färg.
Övriga begränsningar hör till materialflödet snarare än till optiken: objekt som överlappar varandra, sammansatta förpackningar av flera material och kraftigt nedsmutsade ytor. Ökad bandhastighet ger fler ton per timme men kortare mättid per objekt, och den avvägningen sätter taket för vad en enskild modul klarar.
