Absolute terugslag: robots elimineren alle milieuvervuiling

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Al sinds de dagen van het oude Griekenland was de kwestie van afval acuut. Een van de heldendaden van Hercules - het schoonmaken van de Augean-stallen - was in die tijd al in de macht van slechts een halfgod. In Jeruzalem werd dat deel van het land waar afval werd gedumpt en waar afval werd verbrand, Gehenna Fiery genoemd, wat later de algemene aanduiding van de hel werd.

In de Middeleeuwen werd afval en rioolwater uit ramen rechtstreeks op straat gegooid, wat epidemieën van ziekten zoals tyfus en pest veroorzaakte. Na eeuwen verwijderen we afval niet via de ramen, maar slaan we het op stortplaatsen op en in sommige landen recyclen we het.

Elk jaar wordt er 2 miljard ton afval in de wereld gecreëerd. In Rusland gooit één gezin meer dan 250 kg per jaar weg, waardoor er 38 miljard ton is verzameld. Qua oppervlakte is het 4 miljoen hectare of alleen Zwitserland. Afval bevindt zich natuurlijk niet op één plek, maar wordt verspreid over duizenden stortplaatsen, waaronder illegale. De meest massale opeenhopingen van afval zijn stortplaatsen in Guangzhou en Hong Kong van honderd hectare, een stortplaats van elektronische apparaten Guiyu in China voor 5, 2 duizend hectare, of de Great Garbage Patch in the Ocean van 80 duizend ton.

Vuilnis op stortplaatsen brandwonden, met long- en oogproblemen of kanker tot gevolg bij omwonenden. Afval valt uiteen, komt in de bodem, planten en grondwater en zeeën terecht. Vissen in de zee eten plastic, dat in hun zakdoekjes terechtkomt en op onze tafel belandt. Ook al is het afval ver weg, het raakt ons.

Het afvalprobleem is wereldwijd. De halfgod zal haar niet langer helpen - robots hebben zijn plaats ingenomen. Ze kunnen misschien miljarden tonnen afval verwerken, omdat mensen het nog niet doen. Laten we eens kijken hoe robots afval vinden, verzamelen, bronnen van vervuiling controleren en mensen helpen.

Robots - oorzaak en oplossing

We schreven al over hoe robots helpen bij sales en marketing: ze ontmoeten gasten in restaurants, hotels, spelen in voorstellingen en werken als promotor. Lang geleden namen ze de plaats in van mensen in de productie. Ze zijn ook in staat om afval te vernietigen, maar interessant genoeg zijn ze direct gerelateerd aan het probleem van dit afval.

Massa-robotisering begon in de jaren 50 en 60 van de vorige eeuw, toen industriële robots werden geïntroduceerd voor de productie van verschillende goederen: van auto's tot cosmetica. Aanvankelijk voerden robots eenvoudige handelingen uit, zoals stempels stempelen, daarna meer gecompliceerde handelingen: snijden, lassen en installeren van onderdelen. Nu zijn er al volledig geautomatiseerde fabrieken actief, waar de hele cyclus van productietaken wordt gerobotiseerd.

De robot wordt niet moe, vraagt niet om promotie, vakantiegeld en gaat niet staken, en de efficiëntie is een orde van grootte hoger dan die van een mens. Daarom zijn er met de komst van robots meer goederen en diensten. Meer goederen - meer grondstofkosten. Meer kosten van middelen en goederen - meer afval. Robotisering maakt de productie goedkoper, creëert meer producten met toegevoegde waarde en versnelt de economie. Als de productie groeit, groeit ook de verspilling van deze productie.

De omgeving kan echter niet versnellen. Ze kan de huidige rommel niet aan, wat kunnen we zeggen over de toekomst? In de natuur zijn er simpelweg geen mechanismen, bacteriën of dieren die ijzer, glas of aardolieproducten kunnen verwerken. Een paar jaar geleden zijn er bacteriën ontdekt die sommige soorten plastic afbreken, maar heel langzaam - 1 millimeter in 30 weken. Het zal bacteriën duizenden jaren kosten om de huidige hoeveelheid plastic te verwerken, zelfs als alle fabrieken die nieuwe produceren, zijn gesloten.

Robots zijn een van de veroorzakers van afvalproblemen, maar ze kunnen ons ook helpen: afval verzamelen, sorteren, afvoeren en recyclen.

Vuilniscyclus

Laten we eens kijken naar de levenscyclus van afval, waar robots in de keten kunnen passen en wat ze precies kunnen doen.

Naast de productie is de levensduur van het afval verdeeld in fasen:

Verzameling

Sorteren

Verwerken

Beschikbaarheid

Nu wordt dit allemaal door mensen gedaan. We verzamelen afval in zakken en stoppen het in bakken. In sommige landen, zoals Zweden, Finland of Zwitserland, zijn inwoners wettelijk verplicht om afval bovendien te sorteren in glas, plastic, organisch materiaal en andere soorten. Nadat het afval de bak is binnengekomen, wordt het opgehaald door een vuilniswagen en naar een distributiecentrum getransporteerd, vervolgens naar een stortplaats of naar een afvalrecyclinginstallatie.

Deze eerste stap - het ophalen van afval - kan worden gerobotiseerd.

Ophalen en afvoeren van huisvuil

Afvalinzamelmachines

De eerste fase van robotisering van afvalinzameling zijn afvalinzamelingsmachines. Ze zijn al geïmplementeerd en werken in Zweden in supermarkten, apotheken en benzinestations. De machines accepteren klein huishoudelijk en schadelijk afval: gloeilampen, batterijen, vernissen, lijmen, verven, spuitbussen, glazen containers, blikken. De automaat deelt een beloning uit voor het ontvangen afval.

Zo worden twee taken opgelost. De eerste is om mensen met financiële prikkels te leren nergens afval te gooien. De tweede is om de inzameling van afval op de een of andere manier te automatiseren.

Dergelijke apparaten worden nog steeds in kleine aantallen in Rusland gevonden, bijvoorbeeld in natuurvoedingswinkels VkusVill. De winkels hebben nu bijna twee jaar containers voor het ontvangen van batterijen. Elke maand verzamelen ze bijna 10 ton batterijen en de winkel besteedt 700 duizend roebel voor de verwijdering van gevaarlijk afval. Er is geen beloning voor gedoneerde batterijen, maar het is ook niet nodig - alles werkt op altruïsme. Afzonderlijk zijn er pandomaten - apparaten voor het ontvangen van plastic en aluminium flessen.

Slimme afvalcontainers

Ook de buren van de Zweden, de Nederlanders in Den Haag, zijn deze weg ingeslagen en introduceren slimme afvalcontainers. De containers hebben volheidssensoren. Informatie hierover wordt vier keer per dag doorgegeven aan de ophaaldienst. De software in de service analyseert de hoeveelheid afval en stelt een ophaalschema op - elke keer is de route anders, afhankelijk van de gegevens. Vuilnisophalers besparen tijd en geld door geen halflege bakken in te zamelen, onnodig langs de route te rijden en zonder in de file te staan. Bovendien kan het systeem een route plannen voor de volgende dag, waarbij gegevens voor meerdere dagen worden geanalyseerd.

De sensoren zitten in 1.400 ondergrondse afvalcontainers in Den Haag. De fabrikant is het bedrijf Enevo uit Finland. Het produceert sensoren en afvalanalysesoftware en is actief in 35 landen. Implementatie van het systeem voor overheidsdiensten en particuliere bedrijven heeft aangetoond dat automatische incasso efficiënter is dan handmatige incasso. Bedrijven besparen met sensoren en software 30% op afvalinzamelingskosten. De besparing kan soms oplopen tot 50%.

In Rusland is er een analoog - een apparaat van het bedrijf Wasteout. Dit is een apparaat met ingebouwde sensoren: ultrasoon, temperatuur, kanteling en een radiomodule voor het verzenden van gegevens over de volheid van de container. Het systeem is vergelijkbaar met Enovo, maar er wordt anders gemeten, waardoor het patent niet wordt geschonden. Wasteout-apparaten worden geïnstalleerd in Moskou, St. Petersburg en Kaluga. In Perm worden ze gebruikt door het bedrijf Bumatika, dat de stortplaats beheert. De apparaten zijn geconfigureerd om te werken bij vorst, hitte en zijn beschermd tegen vandalen.

Slimme vuilniswagens

Als we 'slimme' afvalcontainers geven, waarom dan niet hetzelfde doen met vuilniswagens? Lijkt me een logische stap? Ja dat klopt.

In 2017 lanceerden twee Zweedse bedrijven, de autogigant Volvo en het afvalverwerkingsbedrijf Renovo, een gezamenlijk ROAR-project - Robot-based Autonomous Refuse handling of robotic garbage truck.

De vuilniswagen wordt bediend door een persoon, maar een deel van het werk is geautomatiseerd. Nieuwe routes worden door de chauffeur aangelegd en de auto onthoudt ze. De volgende keer rijdt de auto zelf met GPS naar de containers, met minimaal brandstofverbruik. De vuilniswagen onthoudt de locatie van tanks en andere obstakels, kan achteruit rijden en rond geparkeerde auto's rijden. Er zijn sensoren geïnstalleerd en als hij een kat, kind of ander bewegend object op de weg ziet, stopt de auto. Het enige dat een persoon doet, is een mechanisme bedienen dat afvalstoffen in het lichaam laadt.

Een jaar eerder waren dezelfde vuilniswagens uitgerust met drones om de tanklading te monitoren. Maar het project is niet ontwikkeld. Een vuilniswagen zonder drones werkt al efficiënt.

Reiniging van rivieren en zeeën

Een apart punt is de reiniging van zeeën, rivieren en meren. In het water is afval moeilijker te bestrijden dan op het land. Stromen voeren afval naar verschillende plaatsen, afval hoopt zich op op de bodem of in de waterkolom. Staat er geen stroming, dan blijft het afval voor de kust en moet het handmatig worden afgevoerd.

Hoe gaan de robots hiermee om? Laten we klein beginnen

Havens en kustgebieden

RanMarine heeft de WasteShark-robot ontwikkeld die in havens en kustgebieden zal drijven en afval zal verzamelen voordat het de open oceaan ingaat. WasteShark is een drijvende plastic "doos met een mond" en een elektromotor. De box “slikt” het afval in het water en analyseert tegelijkertijd de waterkwaliteit, meet de temperatuur van de zee en de lucht en geeft deze gegevens door “naar de kust”. De boxoperator corrigeert de koers op basis van de gegevens.

WasteShark is getest in Rotterdam en raapt nu afval op in de UK en Dubai.

In de toekomst is RanMarine van plan om een grote Great Waste Shark-robot samen te stellen en in zee te laten gaan. Hij zal 500 kg afval per keer kunnen verzamelen. De robot wordt aangedreven door zonnepanelen en navigeert over de zee met behulp van een navigator.

Zeeën en meren

Een apparaat met vergelijkbare functionaliteit - Marine Drone - is ontwikkeld in Frankrijk. De auteurs (International School of Design) besloten de Great Garbage Patch uit elkaar te halen. Marine Drone is vergelijkbaar met WasteShark, maar drijft onder water. De robot is als een vuilnisbak met motoren en batterijen die drijft en autonoom puin vangt.

De robot zwemt naar de plaats waar het afval op het schip wordt verzameld, wordt vervolgens neergelaten en de Marine Drone vangt plastic flessen, tassen, karton op en schrikt tegelijkertijd de vissen af met geluidszenders. Als de mand vol is, keert de robot terug naar het schip, waar het verzamelde afval wordt afgevoerd en de batterijen worden opgeladen.

Nog een paar ontwikkelingen van zeereinigers

• Row-Bot is een kleine robot van Britse makelij die bacteriën uit water verwijdert. Het haalt energie uit de bacteriën zelf, die het zelf 'verteert'.

• Seasarm uit de VS - een drijvende transportband die olieproducten van het wateroppervlak verzamelt.

• FRED van ClearBlueSea - 30m zeilplatform dat plastic op zee verzamelt.

Grote vuilnisbelt

Het verwijderen van kustblokkades van rivieren, zeeën en meren is een relatief eenvoudige taak. Eenvoudig ten opzichte van de Large Garbage Patch. Dit is de grootste stortplaats ter wereld - een afvalstaat midden in de Stille Oceaan. Het is zo groot dat het lijkt alsof het binnenkort een eigen vlag en een zetel bij de VN krijgt.

Meestal bestaat de plek uit plastic en visnetten. Plastic breekt na verloop van tijd en onder invloed van zout water af en vervolgens in deeltjes die in grootte variëren van een centimeter tot een millimeter of minder. De deeltjes worden gesuspendeerd in water en vormen een "plastic soep". Deze soep voedt zich met plankton, hij voedt zich met vis en verder langs de voedselketen komt plastic op onze tafel.

Boyan Slat, een jonge uitvinder uit Nederland, wil dit probleem oplossen. Bojan richtte Ocean Cleanup op, een startup wiens doel het is om de oceaan van plastic te zuiveren. Boyana's ontwikkeling is een gigantische, enkele tientallen of honderden meters, zwevende arm in de vorm van een V, waaraan een net is bevestigd. Het net wordt schuin in het water gezonken en balanceert op ankers en kleine drijvers. Het hele bouwwerk strekt zich uit in de zee en dankzij de stroming komt er puin in.

Voor de kust van Holland, San Francisco en Japan zijn testruns uitgevoerd en nu gaat de constructie richting de Great Spot. Ja, het ontwerp van Boyan is geen robot, maar misschien lost het het grootste afvalprobleem op zonder menselijke tussenkomst.

Afval sorteren en recyclen

De volgende stap is sorteren. Besloten werd om sorteren en inzamelen in China te combineren. Startup Clean Robotics heeft een symbiose van een prullenbak en een sorteerrobot geïntroduceerd - Trashbot. De robot is een prullenbak met camera's, sensoren, metaaldetectoren en motoren. Wanneer een persoon de robot nadert, detecteren sensoren dit en openen de motoren het tankdeksel. Het vuil valt naar binnen en het systeem scheidt het vuil in metaal, plastic en andere soorten.

De optie is exotisch. Als je zulke vreemde hybriden van een vuilnisbak en een sorteerband niet in overweging neemt, dan verloopt de klassieke methode om afval te sorteren in verschillende fasen:

Sorteren in metaal en niet-metaal

Gesorteerd op gewicht

Afdeling plastic

Papierscheiding

Scheiding van voedselverspilling

Handmatige sortering van restanten door arbeiders die volgens bepaalde regels het afval scheiden

Elke fase is onderverdeeld in subfasen. Het hangt allemaal af van het ontwikkelingsniveau van de verwerkende bedrijven in het land. Afval, dat in verschillende containers wordt neergelegd, wordt naar speciale fabrieken gestuurd voor technologische verwerking.

Sorteren van bouwafval

Net als bij ander eentonig werk is de sorteerstap geautomatiseerd. Het bedrijf ZenRobotics uit Finland heeft een Recycler-technologie ontwikkeld die drie fasen in één combineert, maar tot nu toe alleen voor bouwafval.

Fysiek is een robot twee manipulatoren, een transportband, volumetrische containers en sensoren: videocamera's van verschillende typen en metaaldetectoren. Niet-fysiek - kunstmatige intelligentie, die is gebaseerd op een adaptief zoekalgoritme. Het algoritme maakt gebruik van de principes van de werking van het menselijk brein. Ze laten hem afvalmonsters zien, geven aan met welk type het overeenkomt en het algoritme leert in de totale hoeveelheid afval een soortgelijk exemplaar te vinden.

Puin wordt op een transportband gevoerd en sensoren en het algoritme van een getrainde robot bepalen het materiaal van het item. De robot grijpt met de manipulator een tot 20 kg zwaar object en leidt het naar de juiste opslagcontainer of transportband voor verwerking. De nauwkeurigheid van de robot is 98%.

Als de robot een stuk afval niet kan herkennen, gaat hij langs de transportband naar een aparte container en dan weer naar het begin van de transportband. Vergeleken met de handmatige methode is een dergelijke sortering zelfs bij fouten efficiënter. Het sorteersysteem kan bestaan uit twee of meer robots. De software van de robot is zelflerend en werkt verder nauwkeuriger.

In China is een vergelijkbare robot ontwikkeld voor het opruimen van bouwafval. In Songjiang, een van de districten van Shanghai, ruimen auto's ter grootte van een gebouw van vijf verdiepingen het puin op van een bouwplaats. Ze scheiden het afval in grond, zand, bakstenen en afval voor verbranding. Robots verpletteren grote fracties beton, stenen of mortel om ze gemakkelijker naar de stortplaats te kunnen transporteren. Bouwafval is erg stoffig, maar dit probleem is opgelost met een watergordijn. In één uur verwerkt de robot 300 ton afval. Dit staat gelijk aan het werk van 25 mensen.

Deze robots zijn pilootrobots. Ze zijn van plan om het apparaat dit jaar te verbeteren. Het ontwerp wordt uitgevoerd door het onderzoekscentrum CSG Robot Base. De plannen zijn om een verwerkingsniveau van 600 duizend ton per jaar te bereiken. China is een land waar continu wordt gebouwd. De bouwsector is goed voor 6-7% van het BBP van het land, dus dergelijke robots zijn gedoemd om overal te worden gebruikt.

Sorteren in verschillende soorten

Een andere gelijkaardige sorteerder werd ontwikkeld in Duitsland. Gunther Envirotech heeft de sorteerinstallatie Splitter ontwikkeld. In tegenstelling tot zijn tegenhangers uit Finland maakt het Duitse apparaat geen gebruik van sensoren, sensoren of software. In plaats daarvan werken de mechanica: vijzels en assen van een bepaalde vorm sorteren het afval op vorm, grootte en gewicht in drie categorieën. Het sorteren van afval door de Splitter-robot is ruw en geschikt voor primaire fractionering.

Verdere evolutie van sorteerders zal het pad van complicatie volgen. Het afval wordt gesorteerd in beton, lichte en zware bakstenen, gasbeton, silicaat, gips, asbest. Buiten de bouwsector moeten robots nog ingewikkelder worden: sorteren in plastic, papier, hout, elektronische apparaten, textiel, voedselafval, medicijnen. Elke categorie vereist een indeling naar gewicht, formaat en soort, bijvoorbeeld karton en papier.

Dit pad is al onderweg bij MIT - Massachusetts Institute of Technology. RoCycle robotsorteerder in ontwikkeling. Zoals bedacht is de robot in staat om het soort materiaal te bepalen. Hiervoor heeft hij tactiele sensoren en in de toekomst zullen camera's en computervisie worden toegevoegd.

Er zijn nogal wat andere actieve sorteerrobots

• AMP Cortex van AMP Robotics in de VS. De robot haalt het karton met een zuignap uit de puinstroom op de transportband. Garbage wordt bepaald door middel van software die via de "cloud" kan worden bijgewerkt.

• Robots Liam. In de VS demonteert hij verouderde iPhones en in Engeland tv's met beeldbuizen.

• Robot SamurAI van Machinex Technologies uit Canada. Herkent plastic, karton, dozen, verpakkingen met machinevisie. De nauwkeurigheid van een robot is al gelijk aan die van een mens.

• Russische robot voor het sorteren van afval van de GC "Environmental and Energy Technologies". Het herkent 20 soorten plastic en ander afval dat langs de transportband beweegt, niet alleen door camera's, maar door een spectrometer die scant op chemische samenstelling en kleur.

Er zijn ook jonge Russische projecten die hun producten nog niet op de markt hebben gebracht. Onder hen is Neuro Recycling, een inwoner van YotaLab. Het bedrijf ontwikkelt een afvalsorteersysteem met middelzware en lichte robots die worden aangestuurd door een neuraal netwerk. Het projectteam telt 120 mensen, van wie er 50 zich bezighouden met ontwikkeling.

Robot-mens tandem

Het vooruitzicht om robotisering in te voeren bij afvalinzameling, sortering en recycling is reëel. Met behulp van de technologieën die "voor handen" zijn, zonder rekening te houden met utopische of fantastische ideeën, is het nu al mogelijk om de stadia van het afvalleven te automatiseren en te robotiseren.

Hoe zou het eruit kunnen zien?

Slimme prullenbakken. Als ze vol zijn, seinen ze naar het "controlecentrum", de software ontvangt het signaal en vormt een route.

Vuilnis wordt opgehaald door een semi-automatische vuilniswagen die zelf kan parkeren en de weg onthoudt.

Op het overslagpunt wordt het afval door robottransporteurs gesorteerd in plastic, glas, karton, voedselafval en in aparte containers gedaan. Bepaalde soorten afval worden met een pers samengeperst, in blokken of zakken verzameld en naar een stortplaats of naar een afvalverwerkingsbedrijf gestuurd.

Mechanisch in de fabriek: kranen, manipulatoren, carriers; afval wordt afgevoerd voor recycling.

Transportrobots voor het sorteren van bouw- en civiel afval zijn al in bedrijf. Afvalrobotisering vermindert het percentage afval dat naar de vuilstort gaat en verhoogt het percentage gerecycled afval. Automatisering kan winstgevend zijn: het vervangen van een robot met een tiental mensen aan het sorteren en een paar chauffeurs op een vuilniswagen verlaagt de kosten en verhoogt de efficiëntie. Dit is een volkomen logische fase in de ontwikkeling van de mensheid, net als de automatisering van arbeidersarbeid in fabrieken. Hoewel absolute autonomie nog niet mogelijk is, is de tandem van robots en mensen in de afvalwereld heel reëel.