Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHRKunststoffe wertstofflich recyceln: Via MIMO-Sensorik
Kunststoffe enthalten viel Kohlenstoff, doch wird derzeit nur etwa ein Viertel des Kohlenstoffs im Kreislauf gehalten. Im Projekt Waste4Future arbeiten sieben Fraunhofer-Institute an Technologien, mit denen sich die stoffliche Verwertung von Kunststoff in die Höhe treiben lässt.
Die Zahlen sind gigantisch: Jährlich werden in Deutschland 12 Millionen Tonnen Kunststoff verbraucht, hergestellt fast immer aus fossilen Rohstoffen. Bei ihrer Produktion werden etwa 49 Megatonnen Kohlenstoffdioxid in die Luft entlassen. Nur knapp die Hälfte des kunststoffhaltigen Abfalls – 6,3 Millionen Tonnen jährlich – wird stofflich recycelt, 53 Prozent werden verbrannt. Doch ist der im Kunststoff enthaltene Kohlenstoff eine wichtige Ressource für die chemische Industrie.
Im Fraunhofer Leitprojekt Waste4Future arbeiten Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer FHR gemeinsam mit sechs weiteren Fraunhofer-Instituten daran, die Kunst- und Kohlenstoffe weitestgehend im Kreislauf zu halten und die Versorgungssicherheit der Industrie mit nachhaltigen Plattformchemikalien zu erhöhen. Anders gesagt: Die wertstoffliche Verwertung langfristig in die Höhe schrauben zu können. Zugleich reduziert dies den Bedarf an fossilen Ressourcen, die CO2-Emissionen sowie die Umweltverschmutzung mit Plastikmüll. Das Prinzip: Eine neuartig geführte Sortierung erkennt, welche Materialien und insbesondere welche Kunststofffraktionen im Abfall enthalten sind. Welcher Weg ist für welchen Abfall technologisch, ökologisch und ökonomisch am sinnvollsten?
Am Fraunhofer FHR wird dazu ein skalierbarer MIMO-Radarsensor entwickelt, der 32 Kanäle umfasst und im G-Band arbeitet. Er soll den Abfall charakterisieren, der auf einem Band unter ihm hindurchläuft. Da er in der finalen Ausbaustufe als Dualband-Sensor vorliegen soll, sendet er nicht nur Frequenzen von beispielsweise 120 bis 160 Gigahertz, sondern simultan auch Frequenzen von 220 bis 260 Gigahertz. Auf diese Weise generiert er einen Mehrwert über Struktur und Eigenschaft des Stoffstroms. So soll er nicht nur schwarze Kunststoffe analysieren können, sondern beispielsweise auch Aussagen über den Alterungszustand der Kunststoffe ermöglichen. Die erfassten Daten werden vom Fraunhofer IZFP mit entsprechender Signalverarbeitung und maschinellem Lernen ausgewertet. Auch der Silizium-Germanium-Chip für den MIMO-Sensor wird am Fraunhofer FHR entwickelt. Die Herausforderung dabei: Er muss nicht nur in einem, sondern in zwei Frequenzbändern funktionieren. Dazu müssen eine Onboard-Chip-Antenne für höhere Frequenzen sowie eine externe Antenne kombiniert werden – durch den räumlichen Abstand der beiden Antennen ist dies sowohl technologisch als auch algorithmisch eine komplexe Aufgabe.
Interessant sind die entwickelten Ansätze nicht nur für die chemische und die kunststoffverarbeitende Industrie, sondern auch für Unternehmen aus Abfallwirtschaft, Recycling-Anlagenbau und Recycling-Anlagenbetrieb.