Sperrmüll
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Sperrmüll Bulky waste disposal

Holz, Holzwerkstoffe und Buntmetalle automatisiert erkennen

Wie werden wertvolle Rohstoffe aus Sperrmüll gewonnen? Aufgrund der Menge und Vielfalt anfallenden Sperrmülls ist es aufwändig und unrentabel von Hand zu sortieren. Im Projekt »ASKIVIT« widmen wir uns deshalb gemeinsam mit Projektpartnern der automatisierten Sortierung, um Holz, Holzwerkstoffe und Buntmetalle zu erhalten. Hierbei helfen u.a. unsere Erfahrung im Bereich der Terahertz-Bildgebung.

Aus Sperrmüll Rohstoffe gewinnen

ASKIVIT: Altholzgewinnung aus Sperrmüll durch Künstliche Intelligenz und Bildverarbeitung im VIS-, IR- und Terahertz-Bereich

Es schont die Ressourcen und verbessert die Wirtschaftlichkeit – die Wiederverwertung wertvoller Rohstoffe aus anfallendem Sperrmüll ist in vielerlei Hinsicht von Vorteil. Die händische Sortierung des Sperrmülls schafft Beschäftigungsmöglichkeiten, ist aber kostenintensiv und wirkt sich damit negativ auf die tatsächliche Recyclingquote aus.

Automatisierte Verfahren auf Basis verschiedener Bildaufnahme- und Bildverarbeitungsverfahren sowie Künstlicher Intelligenz (KI) machen eine effiziente Sortierung von Sperrmüll möglich. Bei der Entwicklung solcher Verfahren konzentrieren wir uns in dem Projekt »ASKIVIT« zunächst auf Holz und Holzwerkstoffe. Darüber hinaus wird erprobt, ob das Verfahren parallel auch für Buntmetalle genutzt werden kann, denn anders als magnetische Metalle lassen sich Buntmetalle nur schwer aus dem Sperrmüll separieren. Wir als Fraunhofer ITWM bringen in diesen Prozess unsere Expertise in der Terahertz-Bildgebung mit ein.

Mit Mustermüll und verschiedenen Techniken zum Ergebnis

Ein repräsentatives, künstliches Sperrmüllsortiment sowie entsprechende Musterteile für das Projekt liefert das Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI. Dank zweier Industriepartner aus der Abfallwirtschaft stehen echte Sperrmüllproben zur Verfügung.

Unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler führen anhand dieser Proben Messungen mit Terahertz-Bildgebungsverfahren durch. Der zerkleinerte Sperrmüll wird dabei über ein Förderband transportiert und von oben mit verschiedenen Techniken untersucht. Diese Techniken werden gezielt an die Umgebung der Sperrmüllsortierung angepasst. Neben der Terahertz-Bildgebung kommen weitere Bildaufnahme- und Bildverarbeitungsverfahren zum Einsatz:

  • konventionelle Bildaufnahmetechnik im sichtbaren Spektralbereich (Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB)
  • Nahinfrarot-Spektroskopie (Fraunhofer IOSB und Fraunhofer WKI)
  • Aktive Wärmefluss-Thermographie (Fraunhofer WKI)

 

Mehr sehen durch Terahertz-Bildgebung

Oftmals sind die zu recycelnden Materialien wie Holz und Metall durch andere Stoffe, beispielsweise Polster, verdeckt. Techniken, welche nur die sichtbare Oberfläche betrachten und bewerten, erkennen diese versteckten Rohstoffe nicht. Hier kommt die Terahertz-Technik ins Spiel: mit Terahertz-Bildgebungsverfahren ist es möglich, durch nichtmetallische Abdeckungen hindurch auch tiefer liegende Objekte zu erkennen.

Für das Projekt ASKIVIT nutzen wir einen Terahertz-Sensor, der als Liniensensor aufgebaut ist und nach dem MIMO-Konzept (Multiple-Input-Multiple-Output) arbeitet. Bisher werden nur flache, wohldefinierte Objekte mit dieser Technik untersucht. Sowohl die Sensorgeometrie als auch die Rekonstruktionsalgorithmen müssen auf die unregelmäßige Oberfläche des Sperrmülls angepasst werden. Während zu Beginn des Projektes der Terahertz-Sensor an gut definierten Proben getestet wird, erfolgt gegen Projektende ein Feldversuch in einem Sortierbetrieb mit allen Techniken.

Die Messungen aus den gewonnenen Sensordaten bereitet daraufhin das KIT Institut für Industrielle Informationstechnik IIIT auf, sie werden fusioniert und charakterisiert. Dabei kommen Methoden der Künstlichen Intelligenz – vor allem tiefe Künstliche Neuronale Netze (KNN) – zum Einsatz. Die KNN werden anhand der Beispieldaten des IIIT sowie mit Sperrmüllproben an einem Demonstrator im Fraunhofer WKI trainiert. Das Fraunhofer IOSB führt Feldtests zur Praxis- und Markttauglichkeit des Gesamtsystems in einem Sortierbetrieb durch. 

Schnelle Volumeninspektion
© Fraunhofer ITWM
Schnelle Inspektion durch das MIMO-Terahertz-System.

Relevanz eines intelligenten Systems

Über zwei Millionen Tonnen Sperrmüll fallen in Deutschland jährlich an. Je nach regionalem Entsorgungskonzept besteht dieser aus bis zu 50 Prozent Holz. Die Wiederverwertung – statt Verbrennung oder Deponierung – von Rohstoffen wie Holz und Buntmetallen ist besonders aus ökologischen Gesichtspunkten sinnvoll. Aufgrund der zunehmenden Nachfrage an Holz und den gleichzeitigen Bestrebungen, die Nutzung des Waldes weiter zu minimieren oder gar zu unterbinden, gewinnt das Erschließen von Altholz immer mehr an Relevanz.

Geschulte Mitarbeitende in Entsorgungsunternehmen erkennen holzhaltige Teile zwar aus vorgebrochenem Sperrmüll, jedoch erfolgt diese Auslese nicht fehlerfrei und ist sehr anstrengend.

Unsere Vision hinter ASKIVIT: ein intelligentes System, welches Spermüll treffsicher und ermüdungsfrei sortiert – auch ohne die vorherige Zerkleinerung.

Wirtschaftliche Vorteile

Auch aus wirtschaftlicher Hinsicht lassen sich Vorteile eines automatisierten Verfahren erkennen:

  • Entsorgungsunternehmen profitieren von der kosteneffizienten Sortierung sowie von der erhöhten Menge an gewonnenen Rohstoffen, welche wiederrum verkauft werden kann.
  • Die Holzwerkstoffindustrie wird unabhängiger von Frischholz.
  • Die breite Rohstoffbasis und das Steigern der Effizienz bei der Altholzgewinnung aus Sperrmüll schafft wirtschaftliche Vorteile für Unternehmen, die Werkstoffe herstellen, verarbeiten oder nutzen.
  • Auch Verbraucher:innen selbst könnten profitieren, wenn Sperrmüll ein wertvoller Rohstoff wird. Es ist jedoch eine politische Frage, ob die Entsorgung von Sperrmüll für Verbraucher:innen kostenfrei oder gar gewinnbringend sein sollte. 

Unsere Projektpartner

  • Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB (Projektkoordination)
  • Fraunhofer-Institut für Holzforschung Wilhelm-Klauditz-Institut WKI
  • Institut für Industrielle Informationstechnik (IIIT) am Karlsruher Institut für Technologie KIT
  • ALBA Braunschweig GmbH
  • DIE GRÜNEN ENGEL Entsorgung und Logistik GmbH
  • Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau

Projektlaufzeit und Förderung

Laufzeit: 01.07.2021 bis 30.06.2024

Das Projekt wird von dem Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert. Projektträger ist die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

Offizieller, ausführlicher Projekttitel: Altholzgewinnung aus Sperrmüll durch Künstliche Intelligenz und Bildverarbeitung im VIS-, IR- und Terahertz-Bereich. Teilprojekt Zwei (ASKIVIT-Thermo) mit dem Titel: Versuche zur Erkennung von Holz und Holzwerkstoffen in Sperrmüll mittels aktiver Wärmefluss-Thermographie