Automatisk affaldssortering - Et besøg hos Jacob Kortbek fra Teknologisk Institut i Odense

Mine bedsteforældre havde ikke nedstyrtningsskakt, så de skulle selv bære alt affald hen til ejendommens centrale skraldespande. Så kom nedstyrtningsskakten, så man kunne komme af med affaldet på en komfortabel måde. Så kom alle kravene om affaldssortering (som er helt relevante for at kunne udnytte og genbruge affald på den mest optimale måde) men i processen døde nedstyrtningsskakten, så det i dag er lige så kompliceret at komme af med affaldet som på mine bedsteforældres tid – og måske tilmed mere, fordi alt jo nu skal sorteres. Det virker jo helt grotesk, når vi alle sammen jagter den mest komfortable tilværelse. Hvordan kan vi gøre vores affaldsgenerering- og håndtering forbrugervenlig – og samtidig gøre den miljørigtig?

For at prøve at få hoved og hale på problemstillingen og ideer til fornuftige automatiske løsninger, kontaktede Pack&Move Jacob Kortbek (JK) fra Teknologisk Institut (TI) i Odense, der, som leder af afdelingen for visionteknologi og kunstig intelligens i Center for Robotteknologi, er en af de personer, som har den bredeste og mest opdaterede viden om automatiseret og robottiseret affaldssortering.

Analysér enhver opgave grundigt før beslutninger træffes

Pack&Move: Hvor svært kan det være at automatisere hele den komplicerede manuelle affaldssortering?

JK: Begynder man at studere affaldssortering finder man hurtigt ud af, at det er et ekstremt kompliceret tema, og jo mere man vil automatisere det, jo dyrere bliver det, så ud over en række tekniske udfordringer, er der også et økonomisk aspekt, som skal tages i ed, så selv om noget måske er teknisk muligt, kan det være vanskeligt at bevise en rentabel økonomisk business case for en investering i udvikling af et komplekst sorteringssystem.. Vil man være med til det?

Som den veluddannede TI konsulent, han er, fremfører Jacob også, at for at komme frem til den rigtige løsning er det fuldkommen fundamentalt, at man først definerer den samlede proces, som skal automatiseres og derefter gennemanalyserer den punkt for punkt, før man går i gang med at udvikle nogle løsninger. Tingene hænger sammen, og én god løsning ét sted kan skabe en masse problemer et andet sted. Det er en opfattelse som Pack&Move redaktionen til fulde deler, men som oftest overses i udviklingsprocesserne.

Der er også forskel på industrielt og husstands affald. Hvis vi i første omgang fokuserer på husstands affald, da det er dét, som ligger de fleste på sinde, så er den samlede proces egentlig ganske simpel:

1. Vi producerer et bredt spektrum af affald
2. affaldet skal afleveres og eventuelt kildesorteres
3. affaldet skal indsamles
4. Affaldet skal transporteres til en affaldsplads
5. Affaldet skal sorteres i et bredt spektrum af forskellige affaldstyper, som skal:
   1. anvendes optimalt, dvs. genbruges eller genanvendes på en eller anden måde
   2. afbrændes i den udstrækning at det ikke kan genbruges, så energien i affaldet udnyttes bedst mulig

Samtidig skal det sikres, at enhver form for forurening fra affald elimineres. Principielt ganske enkelt, men i praksis yderst udfordrende.

Reducér mængden af affald 

Før vi går i gang, vil vi lige slå fast, at den bedste metode til at reducere mængden af affald er at gøre vores produkter bedre, forlænge deres levetid, og levere dem i de korrekte mængder med optimalt tilpassede emballager, dvs. så minimalt emballeret som muligt, samtidig med at emballagen opfylder alle krav til beskyttelse, holdbarhed, genbrug, kommunikation etc. Dette er ikke temaet for denne artikel, men her har både fabrikanter og forbrugere en voldsom udfordring, fordi vi skal væk fra “for store pakker, og brug og smid væk” koncepterne. Vi skal frem til “forbrug med omtanke”.

Kilde- vs. centralsortering 

Pack&Move: Hvad er grundkoncepterne i affaldssortering?

JK: Affald er en resurse, så alt affald skal sorteres for at kunne anvendes på den optimale måde. Grundlæggende kan affaldssortering foretages to forskellige efter to hovedkoncepter:

1. Kildesortering, hvor emnerne sorteres i et antal nærmere udvalgte grupper ved kilden, f.eks. hos den enkelte forbruger
2. Centralsortering, hvor alle emner samles ukritisk ind ved kilden og derefter sorteres centralt

Kildesorteringen foretages i dag normalt manuelt, men der er principielt intet til hinder for, at kildesorteringen kan automatiseres. En række start-ups, f.eks. CleanRobotics (www.cleanrobotics.com) arbejder på dette.

Du kan se CleanRobotics video her:

Centralsorteringen eliminerer, teoretisk, behovet for kildesorteringen, men ét er teori og noget andet er “virkeligheden”. Jo flere emner centralsorteringen skal håndtere, jo større bliver kravene til centralsorteringen, så centralsorteringen bliver bedre, hvis emnerne i forvejen er sorteret i grupper med en kildesortering. Så kan hver centralsortering fokusere på en specifik gruppe af affald.

Du kan se videoen om den automatiske flaske og dåse sortering her

Den manuelle sorterings udfordringer

Pack&Move: Hvad er udfordringerne ved manuel sortering?

JK: Der er mange, men overordnet er det på den industrielle side et hårdt arbejdsmiljø, ressourcekrævende og kan være vanskeligt at gøre præcist:

1. For at kunne foretage en effektiv sortering kræves det, at der sorteres efter nogle bestemte regler. Ét er at sortere dåser fra plastemballage, noget andet er f.eks. at sortere blandt forskellige papir-, pap og plastmaterialer: Bio-plast vs. Fossil plast, PVC vs. PE, genbrugs- vs. ikke genbrugsplast osv. På grund af manglende effektiv mærkning og relevant forbruger information, er det temmelig vanskeligt for den gennemsnitlige forbruger at opfylde kravene til en effektiv kildesortering, og mange steder sorteres alle former for plast stadig som “plast”
2. Der er så også nogle forbrugere, som simpelthen ikke orker at følge reglerne, og hvis blot én forbruger sorterer forkert, kan al genbrugsmaterialet blive kontamineret, så det i praksis ikke kan genbruges

Selv om de fleste forbrugere efter bedste evne forsøger at sortere affald i henhold til de stillede krav, bliver resultatet nogle gange ikke helt efter hensigten. Så ud over at gøre affaldssorteringen mere komfortabel vil en automatisering og robottisering også forbedre kvaliteten ganske betydeligt – og i sidste ende gøre den billigere.

Automatisk emne genkendelse

Pack&Move: Hvad er de største udfordringer i automatisk affaldssortering?

JK: Der er rigtig mange udfordringer når man først dykker ned i at skulle udvikle præcise og robuste løsninger. Både i forhold til at identificere og klassificere affaldet i inputfraktionen og i forhold til den mekaniske opsamling/udsortering i nye fraktioner. Al sortering er baseret på en effektiv emne genkendelse. Ved hjælp af kunstig intelligens kan man udvikle systemer der nærmer sig menneskets fleksible evne til lynhurtigt at vurdere og sortere forskellige emner.

Når vi skifter til automatisk emne genkendelse, anvender man i dag principielt 5 forskellige teknologier til automatisk emne genkendelse:

1. Konventionelle industrielle kameraer
2. NIR (Near IR) scanning
3. Hyperspektral scanning
4. Radioaktiv scanning
5. Magnetisk separering

Konventionelle industrielle kameraer tager billeder af emnerne på helt samme måde, som vi gør hele tiden med vores avancerede kameraer og mobiltelefoner.

NIR anvender bølgelængder tæt på de Infra-Røde sprektrum til at genkende f.eks polymerer.

Hyperspektral scanning tager emne godkendelsen til et endnu højere niveau, fordi bølgelængderne simpelthen kan strække sig over et meget bredere spektrum end NIR og med en højere spektral opløsning.

Radioaktiv scanning kan fastlægge materialesammensætningen i metalliske emner. De kan derefter smeltes, så de enkelte elementer udskilles.

Jern er magnetisk, så magnetisme kan også anvendes til at adskille jern fra andre emner.

AI – kunstig intelligens styrer sorteringsprocessen

JK: På trods af de meget avancerede kameraer, er selve billedoptagelsen af emnerne den mindst komplicerede del af emne sorteringsprocessen. Den virkelige teknologiske udfordring i affaldssortering er vurderingen og kategoriseringen af emnerne. Med AI metoder kan man træne computeren vha. billeder med kendt indhold til at kunne vurdere hvilken slags affald, der er tale om.

Pack&Move: Vi har vel snart alle hørt om, hvor svært det er for AI at f.eks. adskille Schäferhunde og ulve, så hvis man tænker på vores nærmest uendelige mængde af mærkværdigt affald, bliver kravene til AI databasen ekstremt høje – og det er derfor, at kildesorteringen bliver så central. Hvis man ikke skal se på alt muligt, men kan nøjes med at se på forskellige former for f.eks. plastemballage bliver det hele meget lettere – men ikke let.

Det er dyrt at transportere luft, så affald sammenpresses

Pack&Move: Hvorfor anvender man ikke bare streg- og QR-koder eller RFID-er til sorteringen?

JK: Det kan man naturligvis sagtens gøre, men det er dyrt at transportere luft, så derfor er det, økonomisk set, helt oplagt at komprimere emballage, og for den sags skyld alt affald. Det gør det i første omgang umuligt at aflæse diverse koder, og da sammenpresningen giver et fuldkommen uforudsigbart format bliver det også en voldsom udfordring for AI at forstå, hvilket emne, der er tale om.

Pack& Move: Her er faktisk noget af et paradoks, fordi hvis man eliminerede sammenpresningen ville det være meget lettere for AI at genkende de forskellige former for affald, men transporten, både i volumen og omkostning, ville vokse dramatisk. Derfor ville det jo være rigtig smart at foretage en sortering før en sammenpresning, altså en automatiseret kildesortering, men det betyder samtidig, at en dyr sorteringsproces baseret på AI skal foretages ved mange separate kilder.

En sammenblanding af materialer forvirrer kameraerne

JK: Der er så endnu en udfordring for den automatiske sorteringsproces: De effektive NIR og Hyperspektral kameraer vurderer en emballagetype på deres reflekterende bølgelængder. Hvis man har en PE plastflaske, som har en in-mould etiket af en anden plastkvalitet krympet på flasken, vil kameraerne formodentlig – men ikke helt sikkert – registrere in-mould etiket kvaliteten i stedet for selve plastflasken og formodentlig sortere forkert.

Vådt vs. tørt affald

Pack&Move: Nogle taler om vådt og tørt affald, mens det måske er det mere rigtigt at tale om biologisk fødevareaffald og alt muligt andet affald. Det korte af det lange er, at det er ekstremt svært for automatiserede løsninger at sortere fødevarer fra emballagen, især hvis fødevarerne stadig er inde i emballagen.  Det samme gælder i selve den mekaniske adskillelsesproces. Det paradoksale er her, at med den voldsomme vækst i take-away og færdiglavet mad i dertil hørende emballager, er sammenblandingen af fødevare- og emballageaffald en voldsomt stigende udfordring.

Men vi må nok indstille os på, at man som et minimumskrav må stille, at den enkelte forbruger selv sørger for at adskille direkte fødevareaffald og emballage.

Hvor er vi i dag

Interviewet med Jacob var noget af en øjenåbner. De sorteringsstationer, som jeg kender til, sorterer i:

1. metal, altså både aluminium og stål
2. papir og pap
3. aviser
4. plast – altså ikke noget med fossilt-, genbrugs- eller bio-plast
5. glasflasker – som ikke tilhører noget pant-system

Den manglende effektive sortering ligger typisk i plast segmentet, hvor der er et voldsomt behov for at sortere mellem de forskellige plast typer. Principielt virker det grotesk, at miljøtænkende virksomheder, som går over til at anvende dyrere genbrugs- og bio-plast materialer må se på, at disse materialer bliver behandlet på samme måde som fossilt plastic – og principielt afbrændt. Konsekvensen må være, at der kræves en endnu mere specialiseret sortering, men hvordan skal man kunne forklare den normale forbruger, at man nu skal sortere i 10 i stedet for 5 segmenter?

Hvis vi går ud fra, at omkostningen til transport vil stige voldsomt, hvis affaldet ikke komprimeres og at sorteringen af komprimeret affald er langt mere kompliceret end sortering af ikke komprimeret affald, bliver konsekvensen, at den effektive sortering skal foretages så tæt på forbrugeren som muligt før komprimering og transport. Men det betyder også, at man, i hvert fald indenfor visse rammer, kan arbejde med et mere begrænset sortiment af emner, som skal sorteres.

At bede forbrugeren om at sortere i endnu flere forskellige segmenter, virker både urimeligt og uoverkommeligt, så den lokale automatiserede kildeaffaldssortering må forbedres voldsomt. Firmaer som f.eks. CleanRobotics viser vejen og mange andre virksomheder tænker i de samme baner, så det må så absolut være muligt at udvikle nogle rimelige automatiske lokale sorteringsanlæg, hvis resurserne sættes ind på dette. Og når først affaldet er sorteret, er det principielt ikke noget problem at komprimere det og opnå den billigere transport, og den endelige affaldssortering på de centrale anlæg bliver også lettere.

Samtidig må emballageproduktionen revurderes, så man ikke blander forskellige materialer, som gør sorteringen svær på automatiske anlæg, ligesom materialevalget ikke må gøre genbrugsprocessen vanskelig eller umulig.