Sortierung von Altholz mit Hilfe der Nahinfrarotspektroskopie

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1 Sortierung von Altholz mit Hilfe der Nahinfrarotspektroskopie Dirk Mauruschat Burkhard Plinke Peter Meinlschmidt Fraunhofer-Institut für Holzforschung Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, Bienroder Weg 54E, Braunschweig 8. Interdisziplinäres Doktorandenseminar, Berlin,

2 Gliederung 1. Hintergrund und Ziele 2. Experimentelles 3. Ergebnisse 4. Zusammenfassung 5. Ausblick 2

3 1. Hintergrund und Ziele 8 Mio. t Altholz pro Jahr in Deutschland Verbrennung (2/3) stoffl. Nutzung (1/3) Spanplattenherstellung Recycling von Altholz Verwendung ungenutzter Fraktionen Schadstoffe entfernen Suche nach Schnellerkennungsmethoden Manuelle Sortierung von Altholz Verbrennung von Altholz Spanplatte aus Altholz 3

4 1. Hintergrund und Ziele Vielversprechende Technologie: NIR-Spektroskopie Schnell, robust, kostengünstig Integration in Prozess der Altholzaufbereitung: on-line Analyse Erkennung von Holzschutzmitteln, Kunststoffen, Holzarten und Klebstoffen NIR-Hyperspektralkamera NIR-Sortieranlage Miniaturisiertes NIR-Spektroskop 4

5 2. Experimentelles Miniaturisierte NIR-Spektroskop JDSU/Soliton Micro-NIR NIR-S ortieranlage RTT-Steinert/LLA Unisort P600F NIR-Hy pers pektralkamera Innospec SpectralEye NIR 2.2 Wolframlampen Halogenstrahler Halogenstrahler InGaAs-Detektor: Diffuse Reflexion Punktuell Zeile: 40 Punkte Zeile: 320 Punkte R= 8 nm/pixel R= 4 nm/pixel R= 4 nm/pixel Schnellanalyse Echtzeitanalyse Echtzeitmessung [nm] [nm] [nm] < ~ 000 ~ Mobile Vor-Ort-Analysen Demonstration der Sortierung Laborversuche 5

6 3. Ergebnisse - Sortierung von WPC Wood Plastic Composite WPC mit 4 verschiedenen Kunststoffen Recycling ohne Downcycling sortenreiner Abfall Hyperspektralkamera: NIR-Spektren WPC-PE Räumlich gemittelte NIR-Spektren der WPC-Granulate WPC-PP WPC-PVC WPC-PLA 6

7 PC3 (3,2%) 3. Ergebnisse Sortierung von WPC Vorverarbeitung: Mittenzentrierung, spektrale + räumliche Filter, spektrale Randbereich entfernen Datenreduktion Hauptkomponentenanalyse (PCA) WPC-PE WPC-PP WPC-PVC WPC-PLA Unterscheidung der 4 WPC-Typen PC2 (9,6%) WPC-PE WPC-PP WPC-PVC WPC-PLA WPC-PE WPC-PP WPC-PVC WPC-PLA PC2 10 PC3 7

8 3. Ergebnisse Sortierung von WPC WPC-PE WPC-PP WPC-PVC WPC-PLA PC1 PC2 8

9 Reflexion 3. Ergebnisse - Sortierung von WPC Vergleich der 3 Geräte Gemitteltes WPC-PE-Spektrum 0,7 0,6 Miniaturisiertes NIR-Spektroskop NIR-Sortieranlage NIR-Hyperspektralkamera 96 Spektren 20 Spektren Spektren 0,5 0,4 0,3 0, Wellenlänge [nm] 9

10 3. Ergebnisse Sortierung von WPC Mischung aus WPC-PP, WPC-PE, Holz Anreicherung von WPC-PP 97% WPC-PP 1. Sortierung 26% WPC-PP 82% WPC-PP Sortierung von WPC unterschiedlichen Kunststofftyps 10

11 3. Ergebnisse Recycling von Holzfenstern Zerlegung in Komponenten Unterscheidung der Komponenten eines Holzfensters Sauberes Holz abtrennen PC1 (99,42%) PC PC2 (0,39%) Holz Glas Innenholz Farbe Kitt Nägel Gardinenhalter Klebestreifen

12 Reflexion 3. Ergebnisse Holzschutzmittelwirkstoffe 0,8 0,7 0,6 PCP Lindan Tolylfluanid Tebuconazol IPBC K-HDO CuSO4 Unterscheidung der Holzschutzmittelwirkstoffe 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Wellenlänge [nm] 12

13 3. Ergebnisse Holzschutzmittel Unbehandelt Behandelt Vergleich behandeltes-unbehandeltes Holz Holzschutzmittel: Borax/Borsäure 1.5 Unbehandelt Behandelt PC1 150 PC2 (0,33%) Organische Wirkstoffe indirekt Anorganische Wirkstoffe PC NIR-Analyse 200 direkt PC1 (99,65%) C.-L. So, et al., Wood Fiber Sci., 36 (3), , R. Feldhoff, et al., J. Near Infrared Spectrosc., 6, A171-A173, 1998.

14 3. Ergebnisse Holzarten unterscheiden Fichte Buche Unterscheidung von Holzarten Kiefer Esche PC PC3 (0,006%) 0.15 PC2 Fichte Kiefer Esche Buche PC2 (0,088%)

15 4. Zusammenfassung Unterscheidung von Basis für spätere Sortierung WPC mit verschiedenartigen Kunststoffanteil Erste Sortierversuche Vergleich der 3 Geräte Komponenten eines Holzfensters (Altholz) Holzschutzmittelwirkstoffe Behandeltem und unbehandeltem Holz Holzarten 15

16 5. Ausblick WPC-Sortierung Celluloseanteil: Holzarten, Reishülsen, Kokosnuss, Stroh, Bambus Additive Alternative chemometrische Verfahren LDA, LVQ, Neuronale Netze Sortierung von behandeltem/unbehandeltem Holz Implementierung der Hyperspektralkamera in Sortieranlage Alternative Verfahren zur Erkennung von Störstoffen in Holz Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) Thermographie, Protonen-Transfer-Reaktion Massenspektrometrie (PTR-MS), Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) 16

17 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit freethoughtblogs.com 17