بازیافت پلاستیک برای دستیابی به پایداری ضروری است. این فرایند امکان بازیابی منابع تجدیدناپذیر به‌کاررفته در ساخت پلاستیک و استفاده مجدد از آنها را فراهم می‌کند و درعین‌حال به طور مؤثری باعث کاهش ردپای کربنی ما می‌شود. بااین‌حال، بازیافت پلاستیک همیشه یک چالش بوده است، زیرا انواع مختلف پلاستیک نیاز به روش‌های بازیافت متفاوتی دارند. برخی از پلاستیک‌ها قابلیت بازیافت بیشتری نسبت به سایرین دارند. انواع مختلف پلاستیک دارای ترکیبات مولکولی متفاوتی هستند که قبل از بازیافت و تبدیل به گرانول بازیافتی پس از مصرف (PCR) باید با هم گروه‌بندی شوند. آلودگی متقابل، یکپارچگی ساختاری گرانول بازیافتی پس از مصرف را به خطر می‌اندازد و به طور بالقوه باعث نفوذ مواد شیمیایی ناخواسته از پلاستیک‌های غیرقابل‌بازیافت می‌شود که در نتیجه این گرانول را غیرقابل‌استفاده می‌کند.
دنبال‌کردن فلش‌های همراه با یک عدد در وسط که اغلب در کف ظروف یافت می‌شود، اولین گام برای شناسایی انواع پلاستیک است، اما بسیاری از ظروف ممکن است فاقد چنین نمادی باشند.
زیرساخت سنتی بازیافت به دلیل فرایند تفکیک دستی، در شناسایی دقیق انواع مختلف پلاستیک با مشکل مواجه بوده است. بااین‌حال، با نوآوری، بازیافت و تلاش جمعی برای حرکت به سمت یک اقتصاد چرخشی، می‌توانیم از فناوری‌هایی مانند طیف‌سنجی مادون‌قرمز نزدیک (NIR) که در ادامه به طور مفصل‌تر به آن خواهیم پرداخت، بهره‌مند شویم.
جداسازی پلاستیک با فناوری NIR چیست؟
جداسازی پلاستیک با فناوری NIR (Near-Infrared) از یک اسکنر نزدیک به مادون‌قرمز برای شناسایی امضای طول‌موج رزین‌ها استفاده می‌کند، به‌عنوان‌مثال بطری‌های PET را از بطری‌های HDPE جدا می‌کند. این اسکنر به طور چشمگیری دقت و سرعت فرایند جداسازی را افزایش می‌دهد. همچنین به شناسایی آلاینده‌هایی که وارد جریان بازیافت شده‌اند، کمک می‌کند.
تفکیک پلاستیک با فناوری NIR چگونه کار می‌کند؟
NIR مخفف Near Infrared به معنای مادون‌قرمز نزدیک است و نوعی از طیف‌سنجی است که در محدوده طول‌موج تقریبی ۷۵۰ تا ۲۵۰۰ نانومتر عمل می‌کند. طیف‌سنجی NIR قادر است پیوندهای مولکولی خاص موجود در پلاستیک را تشخیص دهد و سپس به طور خودکار پلاستیک‌ها را بر اساس نوع آنها تفکیک کند. مطالعات نشان داده‌اند که با نورپردازی پس‌زمینه مناسب، NIR همچنین می‌تواند انواع خاصی از پلاستیک‌های زیستی را جدا کند.
در این فرایند، تسمه‌نقاله‌ای با پهن کردن مخلوطی از انواع پلاستیک، آنها را زیر حسگرهای نوری NIR حرکت می‌دهد. طیف‌سنج با تشخیص طیف نور بازتابیده شده از پلاستیک، انواع مختلف پلاستیک را شناسایی می‌کند. سپس هوای فشرده رزین‌های موردنظر را به یک تسمه‌نقاله هدایت می‌کند، درحالی‌که رزین‌های ناشناخته روی تسمه‌نقاله دیگری می‌افتند.
تفکیک پلاستیک با NIR راه‌حل کاملی نیست و محدودیت‌های خاص خود را دارد. حسگرهای NIR قادر به تفکیک پلاستیک بر اساس رنگ نیستند و در تشخیص بسته‌بندی پلاستیکی تیره‌رنگ با مشکل مواجه می‌شوند؛ زیرا رنگ‌دانه‌ها بخش زیادی از پرتو مادون‌قرمز نزدیک را جذب می‌کنند. لیبل‌های آستین‌دار نیز مانع از عملکرد دقیق طیف‌سنجی NIR می‌شوند، چرا که این لیبل‌های پلاستیکی اغلب از یک ترکیب پلیمری متفاوت ساخته شده‌اند و مانع از شناسایی پلیمرهای اصلی ظرف توسط پرتو نور می‌شوند.
تأثیر تفکیک مادون‌قرمز نزدیک (NIR) بر بازیافت
دسترسی به جریان مواد بازیافتی تمیز برای بخشیدن عمر دوم به پلاستیک‌ها حیاتی است. تفکیک پلاستیک با فناوری مادون‌قرمز نزدیک (NIR) بخشی از راه‌حلی است که می‌تواند پلاستیک‌ها را در چشم‌اندازی پایدار برای آینده بگنجاند. بااین‌حال، تفکیک پلاستیک با NIR را می‌توان با روش‌های دیگری مانند حسگرهای دیداری و تفکیک دستی ترکیب کرد تا به افزایش دقت و ایجاد جریانی بهینه از مواد قابل‌بازیافت کمک کند.
مزایای استفاده از دستگاه سورتینگ پلاستیک با فناوری مادون‌قرمز نزدیک (NIR)
• افزایش نرخ بازیافت
سیستم‌های سورتینگ اتوماتیک با کاهش نیاز به تفکیک مواد بسته بندی توسط مصرف‌کنندگان یا کارگران بازیافت، افراد را به بازیافت بیشتر تشویق می‌کنند. زمانی که مصرف‌کنندگان بدانند پلاستیک به طور مؤثر بازیافت می‌شود، احتمالاً فعالانه‌تر در بازیافت مشارکت خواهند کرد. ایجاد اعتماد به سیستم بازیافت به‌اندازه استفاده از آن اهمیت دارد. حتی مصرف‌کنندگان کاملاً آگاه هم ممکن است اشتباه کنند و یک سیستم جداسازی کارآمد، به‌عنوان یک‌لایه پیشگیری اضافی برای دور نگه داشتن زباله‌های پلاستیکی از محل‌های دفن زباله و در نهایت بهبود نرخ کلی بازیافت عمل می‌کند.
• پایداری زیست‌محیطی بهبودیافته
بهبود نرخ بازیافت به‌تنهایی باعث افزایش پایداری محیط‌زیست می‌شود، اما دستگاه سورتینگ پلاستیک با فناوری NIR با کاهش تعداد نیروی کار موردنیاز و مصرف انرژی کمتر نسبت به سایر روش‌های بازیافت؛ مانند سورتینگ ثقلی (که نیاز به تکرار چندباره دارد)، در زمان و انرژی صرفه‌جویی می‌کند.
• کیفیت محصول نهایی بهتر
سورتینگ با فناوری NIR دقت جداسازی پلاستیک را به طرز چشمگیری بهبود می‌بخشد. این امر باعث کاهش آلاینده‌ها، به‌خصوص پلاستیک‌های اشتباه جداسازی شده می‌شود.
با اطمینان از استفاده از رزین بازیافتی باکیفیت بالا برای بسته‌بندی PCR (پلاستیک بازیافت‌شده پس از مصرف) و نشان‌دادن قابلیت مقایسه آن با بسته‌بندی ساخته شده از رزین بکر، نگرش مصرف‌کنندگان به سمت محصولات بسته‌بندی شده با PCR تغییر خواهد کرد. افزایش فروش این محصولات و بهبود بازدهی سرمایه‌گذاری (ROI) در بازیافت، از جمله مزایای حاصل از سورتینگ با فناوری NIR است.
• کاهش آلودگی
آلودگی یکی از مشکلات عمده سیستم بازیافت ما است. بخشی از آلودگی در سطح مصرف‌کننده، مانند قراردادن مواد اشتباه در سطل بازیافت، اتفاق می‌افتد. آلودگی همچنین می‌تواند در مراحل بعدی در کارخانه بازیافت رخ دهد، جایی که سورتینگ دستی توسط کارگران مستعد اشتباه در تفکیک انواع پلاستیک و ایجاد جریان بازیافت آلوده است.
فناوری NIR می‌تواند به کاهش آلودگی در طول فرآیند سورتینگ کمک کند. این فناوری می‌تواند مواردی را که یک دسته پلاستیک PET به ظاهر تفکیک‌شده و آماده برای پردازش، آلوده و غیرقابل استفاده است، کاهش دهد. NIR باعث صرفه‌جویی در هزینه و کاهش میزان پلاستیکی می‌شود که به محل دفن زباله ختم می‌شود.
• کاهش هزینه‌ها
با افزایش توجه مصرف‌کنندگان به PCR، با سرمایه‌گذاری بیشتر در فناوری‌های بازیافت، صرفه‌جویی در هزینه افزایش می‌یابد. سورتینگ با NIR با حذف فرایند پرکار سورتینگ دستی، سریع‌تر و بادقت بیشتری بازیافت را انجام می‌دهد. با تقویت زیرساخت‌های بازیافت و تبدیل PCR باکیفیت به یک ماده اولیه فراوان، می‌توان هزینه PCR را کاهش داد و آن را به گزینه‌ای رقابتی در برابر رزین بکر تبدیل کرد.
• بهبود راندمان بازیافت
سرمایه‌گذاری در فناوری NIR فرایند دستی سورتینگ را بادقت و سرعت به طرز چشمگیری ساده می‌کند. این فناوری می‌تواند تا بیست نوع پلاستیک مختلف را در یک‌چرخه عبور از دستگاه تفکیک کند (درحالی‌که بسیاری از سیستم‌های دیگر به چندین چرخه نیاز دارند). این امر زمان ماندگاری پلاستیک در کارخانه قبل از ارسال به محل پردازش بعدی را کاهش می‌دهد. دقت نیز کلید راندمان بازیافت است، زیرا از آلودگی جلوگیری نموده و حجم میزان پلاستیک بازیافتی برای استفاده مجدد را تضمین می‌کند.
بهینه‌سازی طراحی بسته بندی برای عملکرد بهتر در سیستم تفکیک نوری (NIR)
با افزایش اهمیت سیستم تفکیک نوری (NIR) به‌عنوان روش غالب در تفکیک پلاستیک، طراحان بسته‌بندی مسئولیت بهینه‌سازی طرح‌های خود را برای دورزدن محدودیت‌های این سیستم دارند. بسته بندی هایی که به‌راحتی توسط NIR تفکیک می‌شوند، با کارایی و موفقیت بیشتری بازیافت خواهند شد. باتوجه‌به تقاضای روزافزون مصرف‌کنندگان برای بسته بندی های پایدار و افزایش فشار بر برندها برای مسئولیت‌پذیری در قبال تأثیرات زیست‌محیطی، برندها به دنبال بهینه‌سازی طراحی بسته بندی با رویکرد پایداری خواهند بود.
• انواع پلاستیک
درحالی‌که NIR می‌تواند از عهده تفکیک اکثر انواع پلاستیک برآید، با وجود بیوپلاستیک‌ها (پلاستیک‌های تجدیدپذیر) بدون تجهیزات جانبی، در حال حاضر با مشکل مواجه است. مخلوط‌کردن بیوپلاستیک‌ها و پلاستیک‌های معمولی در فرایند بازیافت، ریسک آلودگی را افزایش می‌دهد. با وجود این چالش‌ها، صنعت همچنان در حال نوآوری برای بهبود فرایند تفکیک است.
• رنگ‌دانه‌ها
بزرگ‌ترین محدودیت سیستم تفکیک نوری، عدم توانایی آن در تفکیک پلاستیک‌های تیره‌رنگ، به‌ویژه پلاستیک سیاه است. رنگ‌دانه‌های کربنی به‌کاررفته برای ایجاد رنگ سیاه، امواج مادون‌قرمز را جذب کرده و مانع از شناسایی توسط دستگاه می‌شوند. در حال حاضر بهترین راه‌حل، اجتناب از استفاده از پلاستیک سیاه یا بسیار تیره‌رنگ حاوی این رنگ‌دانه‌های کربنی است. درصورتی‌که بسته بندی تیره‌رنگ ضروری باشد، می‌توان از برچسب‌های مقوایی یا کاغذی برای ایجاد تیرگی استفاده کرد، درحالی‌که خود ظرف پلاستیکی روشن یا شفاف باقی بماند.
یکی دیگر از راه‌حل‌های مقابله با چالش رنگ‌دانه‌های تیره، بهره‌گیری از رنگ‌دانه‌های سازگار با سیستم تفکیک نوری (NIR) است. این رنگ‌دانه‌ها در طیف مادون‌قرمز منعکس‌کننده یا شفاف هستند و بنابراین اختلال در عملکرد اسکنرها ایجاد نمی‌کنند. اگر پلاستیک تیره‌رنگ برای طراحی شما ضروری است، استفاده از این نوع رنگ‌دانه‌ها می‌تواند راه‌حلی برای رفع این چالش باشد.
• افزودنی‌ها
از به‌کاربردن افزودنی‌هایی که قابل‌بازیافت نیستند، اجتناب کنید. همچنین از هر گونه افزودنی که ممکن است در شناسایی “امضای” پلاستیک توسط سیستم تفکیک نوری اختلال ایجاد کند، خودداری نمایید. این شامل افزودنی‌هایی با پیوندهای پلیمری رایج است که می‌تواند منجر به شناسایی اشتباه و آلودگی شود.
یک نمونه از افزودنی‌هایی که می‌تواند بر تفکیک نوری تأثیر بگذارد، مواد کندسوز کننده است. تحقیقات نشان داده که این مواد در سیستم تفکیک نوری واکنش نشان می‌دهند و به طور بالقوه بر جداسازی مواد تأثیر می‌گذارند. درصورتی‌که استفاده از افزودنی‌ها اجتناب‌ناپذیر باشد، اطمینان حاصل کنید که تأسیسات بازیافت، بسته بندی شما را پذیرفته و مصرف‌کننده را نیز به‌درستی آگاه کنید. افزودنی‌ها معمولاً برای زباله‌های الکترونیکی و سایر پلاستیک‌های با عمر مصرف طولانی، اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند.
• لایه‌ها و ساختار چند ماده‌ای
عقب‌ماندگی دیگر برای اسکنرهای تفکیک نوری، آستین‌های حرارتی است. این آستین‌ها از پلاستیک ساخته شده و اغلب از پلیمری متفاوت با بسته بندی زیرین تشکیل شده‌اند. تشخیص ترکیب این آستین‌ها برای دستگاه‌ها کار ساده‌ای نیست. هوش مصنوعی (AI) در تلاش برای حل این موضوع است، اما طراحان بسته بندی باید از چاپ یا رنگ‌آمیزی تیره آستین‌ها و همچنین از چاپ با سطح وسیع همراه با انقباض زیاد خودداری کنند. به عبارت ساده، آستین‌های حرارتی خود را تا حد ممکن ساده نگه دارید.
ساختار چند ماده‌ای همواره مشکلاتی را برای تفکیک مکانیکی ایجاد خواهد کرد. تاحدامکان مساحت هر ماده را بزرگ نگه دارید تا جداسازی آنها آسان‌تر شود. از لایه‌هایی که به‌راحتی قابل‌جداشدن نیستند، اجتناب کنید.
• برچسب‌زدن و چاپ
سیستم تفکیک نوری زمانی بهینه عمل می‌کند که کمترین مانعی بین اسکنر و مواد ظرف وجود داشته باشد. بااین‌حال، تزیینات بسته‌بندی که شامل برچسب‌زنی و چاپ مستقیم می‌شود، عنصری کلیدی در بسته‌بندی است که اسکنرها باید بر آن غلبه کنند. برای اطمینان از اینکه فناوری NIR می‌تواند با موفقیت موردی را که باید مرتب شود، بخواند، این فرایند پایان عمر را در طول طراحی تزیینات در نظر بگیرید.
هنگام تزیین مستقیم روی ظرف پلاستیکی، از مناطق وسیع رنگ‌دانه کربن سیاه اجتناب کنید. برچسب‌ها نسبت به چاپ مستقیم سطح کمتری را پوشش می‌دهند، اما استفاده از برچسب‌های کاغذی می‌تواند به‌حداقل‌رساندن مانع بین اسکنر و ظرف کمک کند.
پیشرفت‌های در حال انجام در فناوری تفکیک نوری (NIR)
فناوری تفکیک نوری (NIR) به طور مداوم در حال پیشرفت است و صنعت همچنان برای رفع چالش‌های موجود در این فناوری نوآوری می‌کند.
یکی از زمینه‌های مهم پیشرفت، استفاده از یادگیری ماشین برای بهبود دقت تفکیک است. موضوع دیگری که در حال کار روی آن است، مینیاتوری سازی اسپکترومترها (طیف‌سنج) می‌باشد. این دستگاه‌های دستی به کارگران خطوط تفکیک اجازه می‌دهند تا به‌سرعت انواع پلیمر را شناسایی و تفکیک کنند. این امر منجر به تفکیک پلاستیک بر اساس نوع در مرحله اولیه تفکیک دستی، یعنی جایی که کارگران پلاستیک را از شیشه یا کاغذ جدا می‌کنند، می‌شود. از این دستگاه‌های دستی همچنین می‌توان در تأسیسات کوچک‌تر که راه‌اندازی سیستم تفکیک کامل هزینه بر و غیرضروری است، مانند تأسیسات شهری در شهرهای بسیار کوچک، استفاده کرد. این امر باعث کاهش آلاینده‌هایی می‌شود که از این شهرها به تأسیسات بزرگ‌تر منتقل می‌شوند. در نهایت، حتی می‌توان از این دستگاه‌ها در محل‌های دفن زباله برای تفکیک مواد ورودی استفاده کرد.
