如今，大多數(shù)消耗品和日常用品都是由石油基塑料制成的。僅在德國(guó)，每年就產(chǎn)生約600萬(wàn)噸塑料廢物。其中大約一半被機(jī)械回收成新材料；其余用于能量回收。焚燒這種廢物會(huì)釋放二氧化碳這種溫室氣體。因此從氣候和環(huán)境保護(hù)的角度來(lái)看，塑料的循環(huán)非常重要。作為Waste4Future旗艦項(xiàng)目的一部分，八個(gè)弗勞恩霍夫研究所正在開(kāi)發(fā)新的想法和流程，以顯著提高塑料材料的機(jī)械回收率。

如果沒(méi)有塑料，如聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯，許多日常用品是無(wú)法存在的，這些都是由化石原料制成的。問(wèn)題在于德國(guó)塑料材料的機(jī)械回收率仍然太低。目前焚燒的塑料廢物比機(jī)械回收成新材料的塑料垃圾要多。雖然焚燒廢物利用了其能源潛力，但有價(jià)值的材料會(huì)永遠(yuǎn)丟失。在真正的循環(huán)經(jīng)濟(jì)中，廢物不會(huì)被焚燒，至少是優(yōu)先以機(jī)械或化學(xué)方式重復(fù)使用和回收。這不僅減少了對(duì)化石資源的需求，還減少了碳排放對(duì)環(huán)境的污染。此外，塑料中的碳將作為化學(xué)工業(yè)使用的重要資源保留下來(lái)。八個(gè)弗勞恩霍夫研究所正在Waste4Future旗艦項(xiàng)目中匯集他們的專業(yè)知識(shí)（見(jiàn)方框），以開(kāi)發(fā)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的新解決方案，從原材料到材料流和工藝工程，再到產(chǎn)品生命周期的結(jié)束。弗勞恩霍夫材料回收和資源戰(zhàn)略研究所IWKS正在協(xié)調(diào)該項(xiàng)目。

Fraunhofer institutes and research units involved

---Fraunhofer Research Institution for Materials Recycling and Resource Strategies IWKS

---Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques FHR

---Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS

---Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF

---Fraunhofer Institute for Microstructure of Materials and Systems IMWS

---Fraunhofer Institute for Optronics, System Technologies and Image Exploitation IOSB

---Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV

---Fraunhofer Institute for Nondestructive Testing IZFP

“塑料是由碳?xì)浠衔镏瞥傻?。在使用壽命結(jié)束時(shí)被處理掉，然后進(jìn)行分類。污染過(guò)多的低質(zhì)量塑料被焚燒，而高質(zhì)量的塑料則根據(jù)顏色分類并作為回收材料出售。但根據(jù)類型回收這些有價(jià)值的材料是復(fù)雜的，”Gert Homm博士說(shuō)，他是阿爾澤瑙Fraunhofer IWKS的一個(gè)子項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和研究科學(xué)家?！霸S多包裝甚至不被分揀設(shè)施認(rèn)為是可回收的，最終作為殘余廢物進(jìn)入焚燒廠。今天的許多傳感器都無(wú)法識(shí)別黑色塑料，甚至帶有鋁箔蓋的酸奶紙盒最終也會(huì)被誤認(rèn)為是鋁，然后變成殘余廢物。”

? Holger Jacoby

Waste4Future 聯(lián)盟的研究科學(xué)家 Andreas Keller 展示示范模型

今天的廢物，明天的寶貴資源

Waste4Future項(xiàng)目正在開(kāi)發(fā)一個(gè)用于分揀設(shè)施的傳感器套件，除其他功能外，可以檢測(cè)黑色廢物顆粒。傳感器套件中不同傳感器的智能組合，包括紅外和太赫茲傳感器，能夠確定盡可能準(zhǔn)確地檢測(cè)到材料分類參數(shù)以及樣品的降解程度。在評(píng)估是否以及如何適合機(jī)械回收時(shí)，樣品的老化程度是有關(guān)系的。當(dāng)某物損壞嚴(yán)重時(shí)，它不能被機(jī)械回收，只能化學(xué)回收。這兩種屬性都可以使用傳感器套件進(jìn)行識(shí)別。它使用傳感器技術(shù)檢測(cè)和交叉連接塑料的各種物理特性（光學(xué)、熱等），其中一些是內(nèi)部開(kāi)發(fā)的。收集的數(shù)據(jù)是交叉鏈接的，并使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行評(píng)估。用于識(shí)別廢物的傳感器套件安裝在分揀設(shè)施的傳送帶上方。然后壓縮空氣噴嘴會(huì)分類所尋求的目標(biāo)材料或不需要的污染物。氯化塑料，如聚氯乙烯（PVC），在化學(xué)回收中可能是一個(gè)問(wèn)題。氯含量可能導(dǎo)致為此所需的系統(tǒng)嚴(yán)重腐蝕，特別是在化學(xué)回收方面。一般來(lái)說(shuō)，塑料越純，回收材料的質(zhì)量就越高。

當(dāng)傳感器檢測(cè)到塑料時(shí)會(huì)生成大量數(shù)據(jù)。研究人員說(shuō)：“數(shù)字孿生有助于將數(shù)據(jù)量減少到基本核心數(shù)據(jù)，并將其傳遞到我們作為項(xiàng)目的一部分正在開(kāi)發(fā)的評(píng)估模型中，因此將以前基于流程的回收鏈改造為基于材料的回收鏈?！痹诖诉^(guò)程中考慮了能源消耗和碳足跡等因素。創(chuàng)新分揀技術(shù)、數(shù)字孿生、機(jī)器學(xué)習(xí)和評(píng)估模型的結(jié)合動(dòng)態(tài)地適用于特定數(shù)量的廢物，從技術(shù)、生態(tài)和財(cái)務(wù)的角度來(lái)看，回收路線最有意義。評(píng)估模型計(jì)算了對(duì)環(huán)境的影響，并提供有關(guān)生產(chǎn)一噸新塑料需要多少能量的信息。將這種能源消耗與能源回收所需的能源進(jìn)行比較。評(píng)估模型分析了回收塑料的各種選項(xiàng)，以便進(jìn)行真正的比較。

參與該項(xiàng)目的人正在調(diào)查潛在的機(jī)械（熔融擠出、溶劑基純化和分餾）和化學(xué)（溶解、熱解、氣化）回收工藝，并測(cè)試它們是否適合不同成分的塑料廢物。到2024年12月項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，將有可能將舊塑料制成的組件與新材料進(jìn)行比較。

? Holger Jacoby

演示模型特寫：這里使用傳感器和壓縮空氣噴嘴對(duì)不同顏色和成分的塑料進(jìn)行分類

循環(huán)經(jīng)濟(jì)而不是能源回收

“一個(gè)具有氣候中立過(guò)程的可持續(xù)社會(huì)需要對(duì)價(jià)值鏈進(jìn)行重大調(diào)整，這只能通過(guò)創(chuàng)新來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為該項(xiàng)目的一部分，我們正在跟進(jìn)這個(gè)問(wèn)題，制定盡可能最好的回收路線以及最佳分類過(guò)程，同時(shí)考慮到財(cái)務(wù)和生態(tài)因素，從而有助于與能源回收相比大幅減少碳排放，并使含有碳的廢物能夠?qū)崿F(xiàn)高度回收，”這位物理學(xué)家說(shuō)。