如今，大多数消耗品和日常用品都是由石油基塑料制成的。仅在德国，每年就产生约600万吨塑料废物。其中大约一半被机械回收成新材料；其余用于能量回收。焚烧这种废物会释放二氧化碳这种温室气体。因此从气候和环境保护的角度来看，塑料的循环非常重要。作为Waste4Future旗舰项目的一部分，八个弗劳恩霍夫研究所正在开发新的想法和流程，以显著提高塑料材料的机械回收率。

如果没有塑料，如聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯，许多日常用品是无法存在的，这些都是由化石原料制成的。问题在于德国塑料材料的机械回收率仍然太低。目前焚烧的塑料废物比机械回收成新材料的塑料垃圾要多。虽然焚烧废物利用了其能源潜力，但有价值的材料会永远丢失。在真正的循环经济中，废物不会被焚烧，至少是优先以机械或化学方式重复使用和回收。这不仅减少了对化石资源的需求，还减少了碳排放对环境的污染。此外，塑料中的碳将作为化学工业使用的重要资源保留下来。八个弗劳恩霍夫研究所正在Waste4Future旗舰项目中汇集他们的专业知识（见方框），以开发应对这一挑战的新解决方案，从原材料到材料流和工艺工程，再到产品生命周期的结束。弗劳恩霍夫材料回收和资源战略研究所IWKS正在协调该项目。

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

“塑料是由碳氢化合物制成的。在使用寿命结束时被处理掉，然后进行分类。污染过多的低质量塑料被焚烧，而高质量的塑料则根据颜色分类并作为回收材料出售。但根据类型回收这些有价值的材料是复杂的，”Gert Homm博士说，他是阿尔泽瑙Fraunhofer IWKS的一个子项目负责人和研究科学家。“许多包装甚至不被分拣设施认为是可回收的，最终作为残余废物进入焚烧厂。今天的许多传感器都无法识别黑色塑料，甚至带有铝箔盖的酸奶纸盒最终也会被误认为是铝，然后变成残余废物。”

© Holger Jacoby

Waste4Future 联盟的研究科学家 Andreas Keller 展示示范模型

今天的废物，明天的宝贵资源

Waste4Future项目正在开发一个用于分拣设施的传感器套件，除其他功能外，可以检测黑色废物颗粒。传感器套件中不同传感器的智能组合，包括红外和太赫兹传感器，能够确定尽可能准确地检测到材料分类参数以及样品的降解程度。在评估是否以及如何适合机械回收时，样品的老化程度是有关系的。当某物损坏严重时，它不能被机械回收，只能化学回收。这两种属性都可以使用传感器套件进行识别。它使用传感器技术检测和交叉连接塑料的各种物理特性（光学、热等），其中一些是内部开发的。收集的数据是交叉链接的，并使用机器学习技术进行评估。用于识别废物的传感器套件安装在分拣设施的传送带上方。然后压缩空气喷嘴会分类所寻求的目标材料或不需要的污染物。氯化塑料，如聚氯乙烯（PVC），在化学回收中可能是一个问题。氯含量可能导致为此所需的系统严重腐蚀，特别是在化学回收方面。一般来说，塑料越纯，回收材料的质量就越高。

当传感器检测到塑料时会生成大量数据。研究人员说：“数字孪生有助于将数据量减少到基本核心数据，并将其传递到我们作为项目的一部分正在开发的评估模型中，因此将以前基于流程的回收链改造为基于材料的回收链。”在此过程中考虑了能源消耗和碳足迹等因素。创新分拣技术、数字孪生、机器学习和评估模型的结合动态地适用于特定数量的废物，从技术、生态和财务的角度来看，回收路线最有意义。评估模型计算了对环境的影响，并提供有关生产一吨新塑料需要多少能量的信息。将这种能源消耗与能源回收所需的能源进行比较。评估模型分析了回收塑料的各种选项，以便进行真正的比较。

参与该项目的人正在调查潜在的机械（熔融挤出、溶剂基纯化和分馏）和化学（溶解、热解、气化）回收工艺，并测试它们是否适合不同成分的塑料废物。到2024年12月项目结束时，将有可能将旧塑料制成的组件与新材料进行比较。

© Holger Jacoby

演示模型特写：这里使用传感器和压缩空气喷嘴对不同颜色和成分的塑料进行分类

循环经济而不是能源回收

“一个具有气候中立过程的可持续社会需要对价值链进行重大调整，这只能通过创新来实现。作为该项目的一部分，我们正在跟进这个问题，制定尽可能最好的回收路线以及最佳分类过程，同时考虑到财务和生态因素，从而有助于与能源回收相比大幅减少碳排放，并使含有碳的废物能够实现高度回收，”这位物理学家说。