Das Verbundprojekt „SpectralAIge“ entwickelt ein neuartiges spektroskopiebasiertes Verfahren zur zuverlässigen Bewertung der Alterung von Kunststoffrezyklaten. Moderne HSI-Technologie und KI-Modelle sollen eine präzise, industrietaugliche Analyse ermöglichen und so die Kreislaufwirtschaft nachhaltig stärken. An dem Projekt beteiligen sich neben dem Kunststoff-Zentrum SKZ in Würzburg auch das Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg, die Silicann Systems GmbH in Rostock und die HAIP Solutions GmbH in Hannover.
Im Verbundprojekt „SpectralAIge“ entwickeln vier Partner gemeinsam eine innovative Messmethode zur Bestimmung der Alterung von Kunststoffen, um die nachhaltige Kreislaufwirtschaft zu unterstützen. Durch die zyklische Wiederverwertung im Materialkreislauf kommt es zu Materialalterung und Degradation, die die Herstellung neuer Produkte aus Rezyklaten erheblich beeinträchtigen können.
Derzeit existiert jedoch kein industrietaugliches Verfahren, um Kunststoffabfälle und Rezyklate zuverlässig hinsichtlich ihres Degradationszustands zu bewerten. Eine Qualitätsabnahme über mehrere Recyclingzyklen hinweg tritt auf, kann bislang jedoch nicht verlässlich prognostiziert werden.
Kombination moderner spektroskopischer Methoden zur Alterungsanalyse
Hier setzt „SpectralAIge“ an: Durch die Kombination moderner spektroskopischer Methoden mit fortschrittlichen Datenanalysetechniken wird ein Verfahren entwickelt, das Anwendern eine fundierte Beurteilung der Alterung von Rezyklaten ermöglicht.
Technologieeinsatz und Datenanalyse
Zur Erreichung dieses Ziels werden hyperspektrale Kamerasysteme (HSI), erweitert um LED-Lichtquellen zur gezielten Fluoreszenzanregung, eingesetzt, um Fluoreszenzspektren gealterter Proben gängiger Kunststofftypen (PE, PP, PET) aufzunehmen. Auf Basis der Messdaten werden sowohl chemometrische Modelle – ein etabliertes Werkzeug der Polymeranalyse – erstellt als auch verschiedene Ansätze der künstlichen Intelligenz (KI) getestet und systematisch miteinander verglichen.
Von der Forschung in die industrielle Anwendung
Der leistungsfähigste Modellansatz wird anschließend in eine Softwarelösung überführt, die eine automatisierte Bestimmung der prozessbedingten Alterung ermöglicht. Da die HSI-Technologie zwar eine hohe Leistungsfähigkeit bietet, jedoch auch kostenintensiv ist, werden ergänzend kostengünstige inverse Spektrometer entwickelt. Diese sind für spezifische Anwendungsfälle mit begrenztem Einsatzbereich – beispielsweise zur Beurteilung von PET im Pfandflaschenkreislauf – ausgelegt und tragen dazu bei, eine breite industrielle Zugänglichkeit des Messverfahrens sicherzustellen.
Praxisfokus und Nutzen für die Kreislaufwirtschaft
„Die Erkenntnisse aus dem Projekt leisten einen wertvollen Beitrag eine hohe Produktqualität und Sicherheit in einer Kreislaufwirtschaft zu garantieren. Gleichzeitig legen wir in ‚SpectralAIge‘ auch einen Fokus auf eine praktische, industrielle Umsetzung der Ergebnisse“, erklärt Cosima Güttler, Scientist am Kunststoff-Zentrum SKZ.
Das Projekt läuft vom 1.10.2024 bis zum 30.09.2027 und wird durch das BMFTR im Rahmen der Förderlinie KMU-innovativ: Photonik und Quantentechnologien (Vorhabennummer: 13N17199)
Weitere Informationen zur Chemometrie als Werkzeug für die Polymeranalyse
Im Verbundprojekt „SpectralAIge“ entwickeln vier Partner gemeinsam eine innovative Messmethode zur Bestimmung der Alterung von Kunststoffen, um die nachhaltige Kreislaufwirtschaft zu unterstützen. Durch die zyklische Wiederverwertung im Materialkreislauf kommt es zu Materialalterung und Degradation, die die Herstellung neuer Produkte aus Rezyklaten erheblich beeinträchtigen können.
Derzeit existiert jedoch kein industrietaugliches Verfahren, um Kunststoffabfälle und Rezyklate zuverlässig hinsichtlich ihres Degradationszustands zu bewerten. Eine Qualitätsabnahme über mehrere Recyclingzyklen hinweg tritt auf, kann bislang jedoch nicht verlässlich prognostiziert werden.
Kombination moderner spektroskopischer Methoden zur Alterungsanalyse
Hier setzt „SpectralAIge“ an: Durch die Kombination moderner spektroskopischer Methoden mit fortschrittlichen Datenanalysetechniken wird ein Verfahren entwickelt, das Anwendern eine fundierte Beurteilung der Alterung von Rezyklaten ermöglicht.
Technologieeinsatz und Datenanalyse
Zur Erreichung dieses Ziels werden hyperspektrale Kamerasysteme (HSI), erweitert um LED-Lichtquellen zur gezielten Fluoreszenzanregung, eingesetzt, um Fluoreszenzspektren gealterter Proben gängiger Kunststofftypen (PE, PP, PET) aufzunehmen. Auf Basis der Messdaten werden sowohl chemometrische Modelle – ein etabliertes Werkzeug der Polymeranalyse – erstellt als auch verschiedene Ansätze der künstlichen Intelligenz (KI) getestet und systematisch miteinander verglichen.
Von der Forschung in die industrielle Anwendung
Der leistungsfähigste Modellansatz wird anschließend in eine Softwarelösung überführt, die eine automatisierte Bestimmung der prozessbedingten Alterung ermöglicht. Da die HSI-Technologie zwar eine hohe Leistungsfähigkeit bietet, jedoch auch kostenintensiv ist, werden ergänzend kostengünstige inverse Spektrometer entwickelt. Diese sind für spezifische Anwendungsfälle mit begrenztem Einsatzbereich – beispielsweise zur Beurteilung von PET im Pfandflaschenkreislauf – ausgelegt und tragen dazu bei, eine breite industrielle Zugänglichkeit des Messverfahrens sicherzustellen.
Praxisfokus und Nutzen für die Kreislaufwirtschaft
„Die Erkenntnisse aus dem Projekt leisten einen wertvollen Beitrag eine hohe Produktqualität und Sicherheit in einer Kreislaufwirtschaft zu garantieren. Gleichzeitig legen wir in ‚SpectralAIge‘ auch einen Fokus auf eine praktische, industrielle Umsetzung der Ergebnisse“, erklärt Cosima Güttler, Scientist am Kunststoff-Zentrum SKZ.
Das Projekt läuft vom 1.10.2024 bis zum 30.09.2027 und wird durch das BMFTR im Rahmen der Förderlinie KMU-innovativ: Photonik und Quantentechnologien (Vorhabennummer: 13N17199)
Weitere Informationen zur Chemometrie als Werkzeug für die Polymeranalyse
