De lopende band die helemaal uit zichzelf vermalen afval sorteert is weer iets dichterbij gekomen, zo bleek tijdens het jaarsymposium van het onderzoekscentrum ‘slimme productsystemen’ deze week.
Share
Nu nog even aan de computer uitleggen wat het verschil is tussen koper en andere geleidende metalen.
Er wordt wat van hem verwacht, de vuilnissorteermachine van de toekomst. Natuurlijk, hij moet zo min mogelijk fouten maken. Materialen feilloos kunnen herkennen, dwars door verf, aanslag en viezigheid heen. Moeiteloos moet hij metalen van elkaar kunnen scheiden. Feilloos alle scherfjes keramiek tussen het glaswerk vandaan kunnen halen. Maar ook moet hij betaalbaar zijn. En snel kunnen werken: de kruissnelheid van vermalen afval dat per lopende band door een vuilverwerkend bedrijf wordt gevoerd ligt momenteel op een kilometer of zes per uur, en dient bij voorkeur te worden opgevoerd. En tenslotte: de sorteermachine moet tegen verrassingen kunnen.
,,Afval is zeer veelzijdig”, stelt Tako de Jong, technisch aardwetenschapper en projectleider bij het interdisciplinaire onderzoekscentrum smart product systems. ,,Stel dat één op de miljoen afvaldeeltjes je sensor kapot maakt. Dan is de techniek die je hebt uitgedacht opeens niet meer rendabel, vanwege iets dat je totaal niet verwacht.”
Recycling is big business. Met een jaarlijkse afvalberg van rond de vijftig miljoen ton valt er aan hergebruik miljarden te verdienen. Alleen is het natuurlijk ondoenlijk om vijftig miljoen ton vuilnis met de hand te sorteren. Daarom maakt de afvalindustrie gebruik van steeds meer apparaten en sensoren die het afval besnuffelen, bekijken en uit elkaar plukken. Afval wordt nadat het eenmaal is fijngemalen gezeefd, langs magneten gehaald, door bezinkbassins geleid en beschoten met laserstralen om doorzichtige stukjes glas te scheiden van ondoorzichtige stukjes aardewerk.
Kneedaluminium
Enkele jaren geleden nog ontwikkelde TU-onderzoeker Holger Kattentidt een vernuftige truc om kneedaluminium te onderscheiden van gietalumuminium. Aangezien kneedaluminium verfrommelt en gietaluminium breekt, ziet het puin er iets anders uit. Een verschil, waarmee een computer best uit de voeten kan, liet Kattentidt zien.
Toch kan het afval scheiden nog altijd niet zonder de handen en ogen van de menselijke sorteerder. Die controleren bijvoorbeeld of de machine echt wel al het aardewerk uit het hergebruikglas heeft gehaald. Eén stukje keramiek is immers al genoeg om de recycling van glas grondig te verstieren. Ook schroot wordt meestal nog handmatig gesorteerd. Bij de ijzerboer, in de fabriek, en in speciale schrootsorteerhallen in Azië % die overigens vaak draaien op schroot dat vanuit Europa wordt aangesleept.
Dat het ook anders kan, daarover kan de Delftse promovendus Bogdan Mesina meepraten. Op verzoek van machinefabrikant S+S onderzocht de van oorsprong Roemeense ingenieur de prestaties van een bestaande metaalscheidingsmachine. Het apparaat bleek in staat om uit langskomend schroot net iets meer dan tachtig procent van de halfgeleidende metalen te herkennen, en zo’n driekwart van de goede geleiders zoals koper. Hoewel dat nog niet zo’n beroerde score lijkt, is het dat wel: recycling van metalen als aluminium en roestvrij staal vereist namelijk een afvalstroom die vele malen zuiverder is. Of Mesina niet een truc wist om het apparaat te verbeteren, wilde de fabriek weten.
Magnetisme, daarin moest de truc gezocht worden, begreep Mesina. De machine ‘leest’ immers het langskomende schroot door er een magneetveld op te zetten, en vervolgens van onderaf te meten hoe het langskomende stukje metaal dat veld precies ombuigt. Daaruit valt weer af te leiden welke geleidende eigenschappen het materiaal in kwestie heeft. De methode wordt echter geplaagd door technische beperkingen. Zo werkt de sensor alleen bij lage frequenties, en heeft de vorm van het langskomende stukje schroot invloed op het gemeten signaal.
Misschien was het beter om het magneetveld drastisch op te peppen, door in plaats van een wisselveld met een constante frequentie een magnetisch pulssignaal toe te passen, bedacht Mesina. Een puls levert immers meer energie, bestrijkt een heel spectrum van frequenties tegelijk en is zodoende veel beter in staat om diep in het schroot door te dringen. Bovendien kun je een puls razendsnel aan- en uitzetten. ,,Dan krijg je heftige veranderingen, waardoor je betere metingen kunt doen”, zegt Mesina.
Vingerafdruk
Inderdaad blijkt dat te werken. Experimenten leren dat de pulssensor opvallend goed is in het aanwijzen van roestvrij staal: haast 95 procent van het roestvrij staal dat je de sensor aanbiedt herkent hij ook. Dat mag belangwekkend heten, omdat het herkennen van RVS geldt als een heilig graaltje in het hergebruikonderzoek. Roestvrij staal kan namelijk niet samen met andere metalen worden omgesmolten. ,,En nu hebben we een mooi systeem dat ‘ja’ zegt tegen roestvrij staal en ‘nee’ tegen niet-roestvrij staal”, zegt Mesina. ,,Ik heb inmiddels bijna het hele systeem van de fabriek gewijzigd. Ik hoop dat ik volgend jaar zo ver ben met het pulsprincipe dat weook onderscheid kunnen maken tussen koper en andere metalen. Een bijkomend voordeel is dat dit systeem goedkoop is.”
Helemaal ideaal is Mesina’s metaalsensor overigens nog niet. Verwacht bijvoorbeeld niet een machine die feilloos ‘vingerafdrukken’ van metalen kan lezen. Daarvoor zijn er domweg metalen te veel, weet ook De Jong. ,,Geen enkele methode kan in één oogopslag zeggen: dit is legering 2024-T4. Dat is onmogelijk. Hooguit kun je een zo optimaal mogelijk beeld krijgen van de kenmerken van een materiaal, door verschillende soorten sensoren met elkaar te combineren.”
Daarbij hoort wat De Jong betreft ook röntgenonderzoek. De opstelling waaraan De Jong werkt bestaat uit een lopende band die afvalstukjes door een röntgenapparaat voert. Als het toestel doet denken aan de bagagescanner van het vliegveld % dat is het ook. ,,Een aantal jaar geleden viel ons oog op de bagagescanner”, vertelt De Jong. ,,Min of meer toevallig bleek die buitengewoon geschikt voor ons onderzoek. Röntgen blijkt zeer veel gaten op te vullen.”
Demper
Röntgen verschaft niet alleen informatie over de dikte van een object, maar geeft ook een indruk van het gemiddelde atoomnummer van het gescande materiaal. En dat is weer handig voor het afvalonderzoek. Zo ziet een bagagescanner het verschil tussen hittebestendig en gewoon glas: het een licht blauw op, het ander groen. Ook voor de identificatie van metaalschroot komt de scanner van pas. Zo kleuren lichtgewicht metalen als aluminium en magnesium onder de röntgen groen op en zware metalen als koper en roestvrij staal blauw. ,,Het aantal toepassingen breidt zich steeds verder uit”, vertelt De Jong. ,,We zijn nu bijvoorbeeld bezig met brandstoffen, en met het herkennen van schadelijke componenten in bouw- en sloopafval, zoals betontoeslag. Ook afval voor de verbrandingsoven kunnen we met de röntgenscan bekijken op eventuele schadelijke bestanddelen. Zo springt brandbaar afval dat vol chloorverbindingen zit eruit, omdat chloor een uitstekende demper is voor röntgen.” En dat is zeer nuttig: momenteel worden partijen kunststof waartussen zich restjes chloorhoudend kunststof bevinden in hun geheel op de vuilnisbelt gestort, om te voorkomen dat er bij verbranding chloor vrijkomt.
Toch zijn de nieuwe snufjes niet zaligmakend. De meeste sensoren kunnen niet uit de voeten met afvaldeeltjes van maar enkele millimeters groot. En geen enkele sorteersensor is onfeilbaar. ,,Afval is buitengewoon weerbarstig materiaal”, weet De Jong. ,,Honderd procent hergebruik is een abstract ideaal. Recycling wordt steeds meer een zaak van: wie weet de sensoren die er zijn op de handigste manier met elkaar te combineren? Wie ontwerpt de slimste fabriek?” De Delftse sorteermachine vormt daarop geen uitzondering. ,,Het wordt een soort legodoos met allerlei mogelijkheden. Afhankelijk van hoe je het apparaat instelt en welke sensoren je erop monteert kun je straks een heel scala van sorteertoepassingen bestrijken.”
De lopende band die helemaal uit zichzelf vermalen afval sorteert is weer iets dichterbij gekomen, zo bleek tijdens het jaarsymposium van het onderzoekscentrum ‘slimme productsystemen’ deze week. Nu nog even aan de computer uitleggen wat het verschil is tussen koper en andere geleidende metalen.
Er wordt wat van hem verwacht, de vuilnissorteermachine van de toekomst. Natuurlijk, hij moet zo min mogelijk fouten maken. Materialen feilloos kunnen herkennen, dwars door verf, aanslag en viezigheid heen. Moeiteloos moet hij metalen van elkaar kunnen scheiden. Feilloos alle scherfjes keramiek tussen het glaswerk vandaan kunnen halen. Maar ook moet hij betaalbaar zijn. En snel kunnen werken: de kruissnelheid van vermalen afval dat per lopende band door een vuilverwerkend bedrijf wordt gevoerd ligt momenteel op een kilometer of zes per uur, en dient bij voorkeur te worden opgevoerd. En tenslotte: de sorteermachine moet tegen verrassingen kunnen.
,,Afval is zeer veelzijdig”, stelt Tako de Jong, technisch aardwetenschapper en projectleider bij het interdisciplinaire onderzoekscentrum smart product systems. ,,Stel dat één op de miljoen afvaldeeltjes je sensor kapot maakt. Dan is de techniek die je hebt uitgedacht opeens niet meer rendabel, vanwege iets dat je totaal niet verwacht.”
Recycling is big business. Met een jaarlijkse afvalberg van rond de vijftig miljoen ton valt er aan hergebruik miljarden te verdienen. Alleen is het natuurlijk ondoenlijk om vijftig miljoen ton vuilnis met de hand te sorteren. Daarom maakt de afvalindustrie gebruik van steeds meer apparaten en sensoren die het afval besnuffelen, bekijken en uit elkaar plukken. Afval wordt nadat het eenmaal is fijngemalen gezeefd, langs magneten gehaald, door bezinkbassins geleid en beschoten met laserstralen om doorzichtige stukjes glas te scheiden van ondoorzichtige stukjes aardewerk.
Kneedaluminium
Enkele jaren geleden nog ontwikkelde TU-onderzoeker Holger Kattentidt een vernuftige truc om kneedaluminium te onderscheiden van gietalumuminium. Aangezien kneedaluminium verfrommelt en gietaluminium breekt, ziet het puin er iets anders uit. Een verschil, waarmee een computer best uit de voeten kan, liet Kattentidt zien.
Toch kan het afval scheiden nog altijd niet zonder de handen en ogen van de menselijke sorteerder. Die controleren bijvoorbeeld of de machine echt wel al het aardewerk uit het hergebruikglas heeft gehaald. Eén stukje keramiek is immers al genoeg om de recycling van glas grondig te verstieren. Ook schroot wordt meestal nog handmatig gesorteerd. Bij de ijzerboer, in de fabriek, en in speciale schrootsorteerhallen in Azië % die overigens vaak draaien op schroot dat vanuit Europa wordt aangesleept.
Dat het ook anders kan, daarover kan de Delftse promovendus Bogdan Mesina meepraten. Op verzoek van machinefabrikant S+S onderzocht de van oorsprong Roemeense ingenieur de prestaties van een bestaande metaalscheidingsmachine. Het apparaat bleek in staat om uit langskomend schroot net iets meer dan tachtig procent van de halfgeleidende metalen te herkennen, en zo’n driekwart van de goede geleiders zoals koper. Hoewel dat nog niet zo’n beroerde score lijkt, is het dat wel: recycling van metalen als aluminium en roestvrij staal vereist namelijk een afvalstroom die vele malen zuiverder is. Of Mesina niet een truc wist om het apparaat te verbeteren, wilde de fabriek weten.
Magnetisme, daarin moest de truc gezocht worden, begreep Mesina. De machine ‘leest’ immers het langskomende schroot door er een magneetveld op te zetten, en vervolgens van onderaf te meten hoe het langskomende stukje metaal dat veld precies ombuigt. Daaruit valt weer af te leiden welke geleidende eigenschappen het materiaal in kwestie heeft. De methode wordt echter geplaagd door technische beperkingen. Zo werkt de sensor alleen bij lage frequenties, en heeft de vorm van het langskomende stukje schroot invloed op het gemeten signaal.
Misschien was het beter om het magneetveld drastisch op te peppen, door in plaats van een wisselveld met een constante frequentie een magnetisch pulssignaal toe te passen, bedacht Mesina. Een puls levert immers meer energie, bestrijkt een heel spectrum van frequenties tegelijk en is zodoende veel beter in staat om diep in het schroot door te dringen. Bovendien kun je een puls razendsnel aan- en uitzetten. ,,Dan krijg je heftige veranderingen, waardoor je betere metingen kunt doen”, zegt Mesina.
Vingerafdruk
Inderdaad blijkt dat te werken. Experimenten leren dat de pulssensor opvallend goed is in het aanwijzen van roestvrij staal: haast 95 procent van het roestvrij staal dat je de sensor aanbiedt herkent hij ook. Dat mag belangwekkend heten, omdat het herkennen van RVS geldt als een heilig graaltje in het hergebruikonderzoek. Roestvrij staal kan namelijk niet samen met andere metalen worden omgesmolten. ,,En nu hebben we een mooi systeem dat ‘ja’ zegt tegen roestvrij staal en ‘nee’ tegen niet-roestvrij staal”, zegt Mesina. ,,Ik heb inmiddels bijna het hele systeem van de fabriek gewijzigd. Ik hoop dat ik volgend jaar zo ver ben met het pulsprincipe dat weook onderscheid kunnen maken tussen koper en andere metalen. Een bijkomend voordeel is dat dit systeem goedkoop is.”
Helemaal ideaal is Mesina’s metaalsensor overigens nog niet. Verwacht bijvoorbeeld niet een machine die feilloos ‘vingerafdrukken’ van metalen kan lezen. Daarvoor zijn er domweg metalen te veel, weet ook De Jong. ,,Geen enkele methode kan in één oogopslag zeggen: dit is legering 2024-T4. Dat is onmogelijk. Hooguit kun je een zo optimaal mogelijk beeld krijgen van de kenmerken van een materiaal, door verschillende soorten sensoren met elkaar te combineren.”
Daarbij hoort wat De Jong betreft ook röntgenonderzoek. De opstelling waaraan De Jong werkt bestaat uit een lopende band die afvalstukjes door een röntgenapparaat voert. Als het toestel doet denken aan de bagagescanner van het vliegveld % dat is het ook. ,,Een aantal jaar geleden viel ons oog op de bagagescanner”, vertelt De Jong. ,,Min of meer toevallig bleek die buitengewoon geschikt voor ons onderzoek. Röntgen blijkt zeer veel gaten op te vullen.”
Demper
Röntgen verschaft niet alleen informatie over de dikte van een object, maar geeft ook een indruk van het gemiddelde atoomnummer van het gescande materiaal. En dat is weer handig voor het afvalonderzoek. Zo ziet een bagagescanner het verschil tussen hittebestendig en gewoon glas: het een licht blauw op, het ander groen. Ook voor de identificatie van metaalschroot komt de scanner van pas. Zo kleuren lichtgewicht metalen als aluminium en magnesium onder de röntgen groen op en zware metalen als koper en roestvrij staal blauw. ,,Het aantal toepassingen breidt zich steeds verder uit”, vertelt De Jong. ,,We zijn nu bijvoorbeeld bezig met brandstoffen, en met het herkennen van schadelijke componenten in bouw- en sloopafval, zoals betontoeslag. Ook afval voor de verbrandingsoven kunnen we met de röntgenscan bekijken op eventuele schadelijke bestanddelen. Zo springt brandbaar afval dat vol chloorverbindingen zit eruit, omdat chloor een uitstekende demper is voor röntgen.” En dat is zeer nuttig: momenteel worden partijen kunststof waartussen zich restjes chloorhoudend kunststof bevinden in hun geheel op de vuilnisbelt gestort, om te voorkomen dat er bij verbranding chloor vrijkomt.
Toch zijn de nieuwe snufjes niet zaligmakend. De meeste sensoren kunnen niet uit de voeten met afvaldeeltjes van maar enkele millimeters groot. En geen enkele sorteersensor is onfeilbaar. ,,Afval is buitengewoon weerbarstig materiaal”, weet De Jong. ,,Honderd procent hergebruik is een abstract ideaal. Recycling wordt steeds meer een zaak van: wie weet de sensoren die er zijn op de handigste manier met elkaar te combineren? Wie ontwerpt de slimste fabriek?” De Delftse sorteermachine vormt daarop geen uitzondering. ,,Het wordt een soort legodoos met allerlei mogelijkheden. Afhankelijk van hoe je het apparaat instelt en welke sensoren je erop monteert kun je straks een heel scala van sorteertoepassingen bestrijken.”
Comments are closed.