السلف في سبيكتروسكوب تكنولوجيات لتصريف النفايات

وتستلزم أزمة النفايات العالمية نظماً لإعادة التدوير تتسم بقدر أكبر من الكفاءة، إذ تولد سنوياً مليارات الأطنان من النفايات الصلبة البلدية، ومع ذلك تظل معدلات إعادة التدوير منخفضة عن قصد دون 30 في المائة في مناطق كثيرة، والاختناقات الرئيسية هي مرحلة الفرز: فصل المواد القابلة لإعادة التدوير القيمة عن المواد الملوثة أو غير القابلة للتدوير، وفي حين أن الفرز يعتمد على خطوط الفرز اليدوية، والفصل بين المعادن المغناطيسية، والمنظومات الحالية المتجانسة.

التعريف بتكنولوجيات تخزين النفايات

إن فرز النفايات بصورة فعالة أمر حاسم لإعادة التدوير والحد من استخدام مدافن القمامة، وقد اعتمدت الأساليب التقليدية اعتماداً كبيراً على اليد العاملة اليدوية، التي كانت تستغرق وقتاً طويلاً، وخطرة، ومعرضة للأخطاء، وأصبحت نظم الفرز الحديثة القائمة على الاستشعار آلية، وتعزز هذه العملية، مما يجعلها أسرع وأكثر أماناً وأكثر دقة، ويستلزم هذا المبدأ تحليل مسار النفايات في الوقت الحقيقي، وتوجيه المواد الفردية إلى محركات التشغيل الآلية الصحيحة.

Spectroscopic Technologies in Waste Sorting

(أ) تحليل التكوين الكيميائي للمواد المستعملة عن طريق قياس كيفية تفاعلها مع الإشعاع الكهرومغناطيسي، ولكل مادة نموذجية فريدة من نوعها (الطباعة) - نمط الامتصاص أو التأمل أو الانبعاث في مختلف المضاربات الموجية، ويمكن لنظم التفرز أن تحدد البوليمرات، وأنواع الورق، والنسيج، والمعادن، بل وحتى المواد الخطرة.

جهاز كهرباء (NIR)

كما أن مواد التفريغ غير المباشر التي تستخدمها أجهزة الاستطلاع والمسح غير المتطورة، لا يمكن أن تعكس أكثر أنواعها من أنواع الصبغة البلاستيكية الحديثة، أو أن تكون ذات سمات متعددة الأطراف، أو أن تكون ذات سمات متعددة الأطراف، أو أن تكون ذات سمات متماثلة، أو أن تكون هذه المواد ذات سمات متمايزة.

مُنتصف الأشعة تحت الحمراء (MIR)

كما أن المضاربة التي تستخدم في الميكروفون تتراوح بين 2.5 و25 ميكروغرام، وتخضع مباشرة للإهتزازات الجزيئية الأساسية - التي تمتد، وثانيها من البول، وطرق أخرى منخفضة الطاقة، مما يوفر بصمة أدق بكثير من البصمات التي تُستخدم في أجهزة التصوير المقطعي غير المتطورة، مما يتيح تحديد المواد المشابهة جداً والخلايا المعقدة.

Raman Spectroscopy

وقد تم تفريق تدابير التخدير الراماني في الأشعة المقطعية للأشعة الليزرية الأحادية، وهي محددة للغاية بالنسبة للهيكل الجزيئي ويمكن أن تميز بين البوليميرات المشابهة كيميائياً، مثلاً، أنواع مختلفة من البوليميد أو بين الصفوف العذرية والقابلة لإعادة التدوير، وتتمثل ميزة رئيسية في أن الماء وثاني أكسيد الكربون لا يتدخل، مما يجعله مناسباً لتدفقات النفايات الرطببة.

X-Ray Fluorescence (XRF) and Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)

أما بالنسبة لفرز المعادن والعناصر الثقيلة، فإن نموذج XRF هو الأسلوب السائد، إذ يشع المواد ذات الأشعة السينية العالية الطاقة، مما يتسبب في قذف الإلكترونيات داخل القذيفة؛ وعندما تملأ الطيفات الخارجية المواد ذات السمة البلاستيكية، فإن طاقة هذه الانبعاثات فريدة لكل عنصر، مما يتيح تحديد دقيق لسبيكة الفولاذ غير المحتوية على أي طيف.

Imaging Technologies in Waste Sorting

وتكمل تكنولوجيات التصوير المضارب أساليب المضاربة بتوفير البيانات البصرية والمكانية، وهي تلتقط الشكل والحجم واللون والنسيج، وفي بعض الحالات الهيكل الداخلي، وهذه المعلومات أساسية للتمييز بين مواد مماثلة (مثلاً زجاجات PET المحطمة ضد حاوية واضحة من نوع PET) وكشف الأصناف غير المتجانسة مثل العبوة المتعددة الطوابع أو المركبات.

التصوير الهيدروجيني

إن التصوير الفطري يجمع بين المضاربة والتصوير: فهو يسجل طيف كامل لكل كيس في صورة، ويخلق مكعباً للبيانات غير الاصطناعية (بعدين مكانيين زائد بعد شبحي) ويمكن أن تغطي كاميرات التفتيش السطحي عادة، المرئية، أو شبه الحمراء، أو المزودة بمقياس للجدارة القصيرة،

نظم الرؤية الآلة

نظم الرؤى الماكنة تستخدم كاميرات عالية الاستبانة، وأجهزة تصوير ثلاثية الأبعاد، وتجهيز الصور المأخوذة من الإي آي لتصنيف النفايات بواسطة السمات البصرية، وتلتقط الكاميرات صوراً للأصناف على الحزام، ونماذج تعلّم عميقة تُدرّب على ملايين الأمثلة المسمّاة، مثل قنينة المشهد، وجهاز الترميز، أو "صندوق للدمغ"

تيريتز واكس راي

تستخدم صور الترهيرتز (الثالث) موجات الكهرومغناطيسية بين الموجات الدقيقة والأشعة تحت الحمراء للرؤية من خلال مواد غير موصلة مثل الورق واللدائن والرموز، ويمكن أن تكشف عن طبقات مخبأة ومحتويات رطبة وعيوب داخلية، وفي فرز النفايات، يبرز التثيس كطريقة لتحديد العبوات المتعددة الطلاء (مثلالاف الورقي المحتوي على مواد مركبة على مواد).

جمع البيانات والاستخبارات الفنية

وتكمن القوة الحقيقية لنظم الفرز الحديثة في تكاثر أجهزة الاستشعار: إذ يمكن أن تجمع بين نواتج أجهزة الاستشعار المتعددة المضاربة والتصوير في قرار موحد، كما أن نموذجاً نموذجياً للفرز عالي المستوى قد يتضمن مطيافاً للأجهزة النووية، وكاميرا لللون، ومصفوفة للليزر، وأجهزة الاستشعار عن بعد كل منها، يفحص الجسم نفسه بصورة منتظمة.

حاسبة عصرية

ويستلزم تشغيل نماذج متقدمة من أجهزة الإصدار على حزام سريع التجهيز السريع، كما أن العديد من نظم الفرز الحديثة تتضمن الآن أجهزة حاسوبية حافة - وحدات متعددة الأطراف، ومعجلات تعمل بالعجلات (مثلاً، إنتل موفيديوس، نفيديا جيتسون)، أو أجهزة مصممة لتصنيف الترددات الترددية - التي تُستخدم محلياً، وهذا يتفادى سرعة إرسال البيانات إلى جهاز حاسوبي ذي فتحة مركزية.

التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية

TOMRA — Multi-Sensor Plastic Sorting

(أ) تيمارا، وهو أحد المصانع الرئيسية، يدمج جهاز التعقب الوطني (كاميرات الكول) والتعلم العميق في سلسلة البيوت التي تستخدم مزيجاً يسمى [(FLT:0]) SHARP EYE ، ويمكن أن يميز بين أكثر من 20 نوعاً من البلاستيك عند نقطة التداول تصل إلى 15 طناً في الساعة، وتنشر نظمها في مرافق إعادة التدوير الرئيسية في أوروبا ووكالة

ZenRobotics - Robot Sorters with Vision and XRF

(الزين روبوتس) (الجزء من تيريكس) يستخدم مزيجاً من كاميرات ثلاثية الأبعاد، ومجسات أجهزة الاستشعار بالأشعة السينية، وفلوروثات الأشعة السينية لتوجيه الأسلحة الآلية لاختيار مكونات النفايات من مجرى مختلط، ويمكن لآلياتها الثقيلة أن تفرز نفايات البناء والهدم (الحطب، الحجر، المعدن) فضلاً عن النفايات الإلكترونية، ومن خلال صمامات الاستشعار، يمكن للنظام تحديد وربط أجسام من الأشكال المختلفة.

ماشينكس - عرض للورق و لوحة السيارة

وقد نشرت أجهزة التصوير الفائقة الأطياف في وحداتها الخاصة بتجهيز الورق لفصل الملوثات غير المحررة من مجاري الورق العالية الجودة، ويمكن للنظام أن يكشف ويزيل البلاستيك والفلزات والورق المطهرة التي من شأنها أن تضعف نوعية اللباب المعاد تدويره، وقد أدى ذلك إلى زيادة معدلات الاسترداد الورقي بنسبة 15 في المائة في بعض المرافق. [الوصل الخارجي:]

التحديات والحدود

ورغم أوجه التقدم، لا تزال هناك عدة تحديات. Dark materials] - وخاصة البلاستيك الأسود - النسيج الخفيف والضوء المرئي، مع وجود إشارات ضئيلة إلى الهوية، تشمل الحلول قيد التطوير استخدام خطوط التعبئة المتوسطة، أو العلامات الصبغة، أو التعقب التي يمكن قراءةها بواسطة تقرير الجرد الوطني.

الاتجاهات المستقبلية

عدد المصابين بالسلاسل الكهرمائية في مينير

وقد بلغت أجهزة الاستشعار القائمة على أساس نوعي التي تبث في منتصف الطريق إلى إمكانية البقاء تجارياً، مما يتيح وضع صورة مشرقة وموحدة لمطياف الهواء المضغي، ويتغلب على القيود المفروضة على المصادر الحرارية السوائب، ويمكن للمستشعرات المتكاملة القائمة على استخدام أجهزة الاستشعار القائمة على استخدام أجهزة الاستشعار ذات القدرة العالية على تحديد الهوية أن تكون ذات نوعية عالية، وأن تحسن تحديد البلاستيك الأسود والمركبات، وهذه جامعة رئيسية للبحوث.

التوائم الرقمية والروح الافتراضية

وقد بدأت محطات إعادة التدوير في خلق توأم رقمي من نماذجها الفرزية - الفيطارية التي تستنسخ مخططات الاستشعار، وسرعة الحزام، وتوقيت الهاء الجوي، مع التغذية المرتدة من أجهزة الاستشعار في الوقت الحقيقي، يمكن لهذه النماذج التنبؤ بالتدفقات المادية، وتعظيم بارامترات الفرز، بل وتحفيز أثر إضافة جهاز استشعار جديد.

Blockchain for Traceability

وثمة اتجاه مستجد يتمثل في ربط بيانات الفرز (بصمات الأصابع الضوئية والصور والأوقات) بسجلات السلاسل المغلقة من أجل إنشاء سلسلة من الوصايا الواقية من الخراف للمواد المعاد تدويرها، مما يمكن من تحديد أسعار أقساط لإعادة التدوير المصدق عليها ذات النقاء العالية وتعزيز الثقة في الأسواق الثانوية، وهناك مشاريع عديدة تمول من الاتحاد الأوروبي تقوم بتجريب هذه النظم.

أجهزة آلية متقدمة مع أجهزة الاستشعار

وفي حين يعتمد فرز الروبوتات الحالي على أكواب أو مقابر الشائكة، فإن النظم المستقبلية ستتضمن أجهزة استشعار بالقطعة وشبه الحمراء في المفاعل النهائي، وبلمس المواد وقياس الاستجابة على الفور، يمكن للروبوت أن يؤكد نهائيا قبل وضع البند في المركب الصحيح، مما قد يقلل من الأخطاء التي تصيب الأصناف التي يصعب رؤيتها، مثل الزجاجات المحطمة أو الأفلام المتشابكة.

خاتمة

وقد أدى دمج تكنولوجيات المضاربة والتصوير إلى إحداث ثورة في فرز النفايات، وهذه الابتكارات تقلل من التلوث، وتحسن معدلات إعادة التدوير، وتخفض تكاليف التشغيل، ومن كاميرات المراقبة الوطنية والبصرية إلى فرز المواد ذاتية الارتفاع إلى سعة الارتداد وإلى استمرار التوسع في مجموعة أدوات الاستشعار، وعندما تُدمج مع ذكاء اصطناعي وحسابات حافة، فإن هذه أجهزة الاستشعار في المستقبل تتيح نظما للفرز يمكن أن تتكيف مع مسارات إدارة النفايات تكون أكثر صعوبة.