Automatyka w recyklingu

Przykładowo w 2018 według danych Eurostatu w przeliczeniu na mieszkańca Unii Europejskiej wytworzonych zostało 5,2 ton odpadów, zaś ich całkowita ilość przekroczyła 2,3 mld ton. Dla porównania w 2010 roku każdy zamieszkujący UE wytworzył średnio ponad 4,9 tony śmieci, których łącznie zebrano wówczas 2,5 mld ton. Pochodzą one z wielu źródeł – w statystykach uwzględniane są różne rodzaje działalności gospodarczej oraz gospodarstwa domowe.

Na przykład w 2018 roku najwięcej śmieci zostało wyprodukowanych przez: budownictwo – 36% oraz górnictwo i branżę wydobywczą – 26%. Udział przemysłu wyniósł 10,6%, branży wodno-kanalizacyjnej – 9,9%, natomiast gospodarstw domowych przekroczył 8%. Pozostałe ponad 9% stanowiły odpadki z innych źródeł, głównie usług (4,2%).

Pozytywną informacją jest to, że ponad połowa (54,2%) tych śmieci została poddana odzyskowi w porównaniu z 45,9% w 2004.

W 2018 roku najpopularniejszą metodą w tym zakresie był recykling. Dzięki niemu z ponad 38% śmieci, stosując różne techniki, na przykład przez rozdrobnienie mechaniczne albo pod wpływem reakcji chemicznych, udało się odzyskać surowce, które następnie zostały powtórnie wykorzystane, w tym samym albo w innym, niż pierwotnie, celu.

Pierwszy etap recyklingu – zbiórka

 

Fot. 1 Kompleksowy system sortowania śmieci (źródło: Bulk Handling Systems)

Bez względu na to, co się stanie z odpadami, pierwszym krokiem w zadaniu ich zagospodarowania jest ich zgromadzenie, najlepiej w połączeniu z segregacją, która jest tym efektywniejsza, im bliżej miejsca wytwarzania śmieci jest przeprowadzana. Następnie odpady są odbierane i transportowane do zakładu ich przetwórstwa lub na wysypisko, jeśli nie są poddawane odzyskowi ani recyklingowi.

Sposób gromadzenia i magazynowania zależy od charakteru śmieci. Na przykład w przypadku tych przemysłowych specjalnych rozwiązań wymagają odpady niebezpieczne.

Jeśli z kolei chodzi o śmieci komunalne, czyli pochodzące przede wszystkim z gospodarstw domowych, to są one zbierane do oddzielnych pojemników. Te są odpowiednio oznakowane różnymi kolorami, w zależności od rodzaju śmieci. Ponieważ segregowanie odpadów jest od niedawna obowiązkowe, kodu kolorów nikomu przypominać nie trzeba.

Choć podstawowa funkcja pojemników na śmieci pozostaje taka sama, nowa kolorystyka to nie jedyna zmiana, jakiej te niepozorne komponenty systemów gospodarowania odpadami ostatnio doświadczają, dzięki nowym technologiom stają się bowiem... inteligentne. Chodzi głównie o Internet Rzeczy oraz bezprzewodowe sieci komunikacyjne. Upowszechniają się one w takich zastosowaniach wraz z wdrażaniem w życie koncepcji inteligentnych miast.

Smart kosze Dzięki nowym technologiom pojemniki na śmieci stają się aktywnymi komponentami systemów zarządzania odpadami, ponieważ wyposażone w czujniki oraz moduły komunikacyjne mogą informować centralę o stopniu swojego zapełnienia. Przynosi to liczne korzyści. Przede wszystkim dzięki monitorowaniu poziomu wypełnienia koszy można zapobiec przedwczesnemu opróżnianiu pojemników jeszcze nie do końca napełnionych, jak i ich przepełnianiu się. W przeciwnym razie w pierwszym przypadku śmieciarki pracują nieefektywnie, czego skutkami są: strata czasu, niepotrzebne obciążenie pracowników, strata paliwa (emisja CO2) i niepotrzebne zwiększanie natężenia ruchu drogowego. Odpadki wysypujące się z przepełnionych koszy stanowią natomiast problem higieniczny i estetyczny. Poza tym czujniki zamontowane w pojemnikach na śmieci dostarczają danych, które są analizowane pod różnymi kątami. Przykładowo można przewidywać ilość odpadków i tempo, w jakim kosze się w danej lokalizacji napełniają, przeważnie albo tylko okresowo. To z kolei jest użyteczną informacją w planowaniu liczby oraz gęstości rozmieszczenia pojemników. W połączeniu z danymi z sensorów, które są instalowane w śmieciarkach, można także optymalizować trasy tych pojazdów i zarządzać ich całymi flotami. Smart kosze zwykle wyposażone są w czujniki optyczne (laserowe), które skanują ich wnętrze, sensory wykrywające pożar oraz czujniki reagujące na ruch lub zmianę orientacji pokrywy. W zakresie komunikacji popularne sieci to z kolei m.in: LoRaWAN, SigFox, Narrowband IoT.

Nowoczesne śmieciarki

Nagromadzenie rozwiązań z zakresu pomiarów, komunikacji, jak i automatyki stanowią również śmieciarki. Najnowsze technologie są w nich wykorzystywane coraz chętniej z kilku powodów.

Przede wszystkim chodzi o usprawnienie ich obsługi, odciążenie pracowników i zwiększenie efektywności odbioru odpadów. Ich konstrukcja powinna także umożliwiać transport śmieci różnego rodzaju, zmieszanych i posegregowanych, zgodnie z wymogami, które ich dotyczą. Czujniki oraz sieci pokładowe systemów diagnostycznych, wykorzystywane w konserwacji predykcyjnej, wydłużają z kolei okres eksploatacji tego typu pojazdów.

Nowe technologie poza tym poprawiają bezpieczeństwo załogi i osób postronnych, które mogą znaleźć się w pobliżu śmieciarki w trakcie jej załadunku. Nowoczesna konstrukcja ma także za zadanie przekonać, że praca przy ich obsłudze nie jest aż tak nieprzyjemna, jak się może wydawać.

Zautomatyzowany załadunek śmieci

Dlatego obecnie w zasadzie standardem w takich pojazdach jest automatyzacja zadań, które wymagają bezpośredniego kontaktu z odpadkami. Śmieciarki w tym celu są wyposażane w wyrzutniki z funkcją automatycznego podnoszenia pojemnika, kiedy ten znajdzie się w ich roboczym zasięgu, opróżniania go, a następnie odstawiania zbiornika na miejsce.

Trajektoria ruchu wyrzutnika jest wyznaczana tak, aby zapobiec przypadkowym zderzeniom z przeszkodami. Poza tym jest wyposażany w system osłon, barier (stałych, nadmuchiwanych) i zabezpieczeń przed zanieczyszczeniami, na przykład kurtyn przeciwpyłowych. Częścią systemu bezpieczeństwa wyrzutników są także czujniki kolizji, zatrzymujące je, gdy w obszarze roboczym zostanie wykryta jakaś przeszkoda. Bezpieczeństwo operacji podnoszenia, opróżniania, odstawiania pojemnika na odpadki jest zapewniane przez skanowanie przestrzeni pod i dookoła niego zwykle za pomocą jednocześnie kilku sensorów, na przykład ultradźwiękowych.

Poza tym w śmieciarkach instalowanych jest również wiele innych czujników. Na przykład sensory ultradźwiękowe są wykorzystywane do rozpoznawania rozmiarów pojemników na śmieci. Pomiary są przeprowadzane, kiedy kosz na odpadki przemieszcza się w stronę śmieciarki. Na tej podstawie automatycznie dobierana jest odpowiednia konfiguracja podnośnika. W przypadku pojemników o dużej pojemności zwykle potrzebne są dwa podnośniki, sterowanie którymi trzeba skoordynować. Jeżeli natomiast trzeba podnieść jeden kosz albo dwa mniejsze, podnośnikami można sterować niezależnie.

Czujniki stosowane w śmieciarkach

W śmieciarkach sensory monitorują również poziom zapełnienia pokładowego zbiornika na śmieci. Jeżeli bowiem zostałby on napełniony powyżej bezpiecznego poziomu, przy następnym załadunku nadmiar odpadków wypadłby na zewnątrz. W związku z tym ilekroć ilość już odebranych śmieci przekracza tę dopuszczalną, na podstawie sygnału z czujnika, przeważnie ultradźwiękowego lub optycznego, automatycznie włączana jest prasa hydrauliczna zamontowana w pojeździe, która zgniatając odpadki, zmniejsza ich objętość do bezpiecznego poziomu. Jeśli ilość śmieci na to pozwala, po skutecznym zmniejszeniu zapełnienia pokładowego zbiornika śmieciarka może kontynuować odbieranie odpadów z kolejnych punktów. W przeciwnym razie wraca do bazy.

Ostatnio zmiany w przepisach dotyczących gospodarowania odpadami wymuszają montowanie w pojazdach tego typu również innych sensorów współpracujących z rejestratorami. Najważniejszą jest obowiązek dokumentowania miejsc odbierania odpadów komunalnych i ich wyładowywania. Sprawia on, że śmieciarki powinny być wyposażone w lokalizator GPS. Rejestratory gromadzące dane o miejscu, dacie i godzinie załadunku i wyładunku śmieci zestawiają informacje o lokalizacji pojazdu z odczytami z czujników na przykład monitorujących odwłok śmieciarki. Są to zazwyczaj sensory zbliżeniowe, które wykrywają uchylenie pokrywy o określony kąt. Mierzony jest czas oraz liczba jej otwarć.

Warto dodać, że podobne rozwiązania, w których dane z lokalizatorów GPS są raportowane razem z odczytami z czujników, stosowane są w przypadku także innych pojazdów służb komunalnych. Na przykład w tych wywożących nieczystości są to sensory, które monitorują pracę pomp. Z kolei w zamiatarkach instalowane są czujniki pracy szczotek, dmuchaw, pomp. Dane z rejestratorów są wykorzystywane w ich przypadku w rozliczeniach ze zleceniodawcami. Ponadto pojazdy służb komunalnych, w tym śmieciarki, są coraz częściej wyposażane w kamery wideo. Obraz przez nie rejestrowany pozwala kontrolować jakość oraz bezpieczeństwo pracy załogi pojazdu.

Autonomiczne śmieciarki Zapewnienie autonomii śmieciarek z kilku powodów nie jest zadaniem tak trudnym w realizacji, jak w przypadku "zwykłych" samochodów. Przede wszystkim z góry znana jest trasa tego typu pojazdów, podobnie jak miejsca, w których powinny się zatrzymywać, czyli lokalizacje pojemników na śmieci. Czujniki, które można zamontować w śmieciarce – na przykład lidarowe – zapewnią rozeznanie w jej otoczeniu. Poza tym podczas odbierania odpadów z sąsiadujących śmietników na przykład na jednej ulicy pojazd zwykle nie rozwija dużych prędkości pomiędzy kolejnymi przystankami. Równocześnie autonomiczne śmieciarki mają potencjał, aby znacząco odciążyć załogę – poruszanie się tak dużym pojazdem, po ciasnych ulicach, w tym wymóg jazdy tyłem, jest bowiem trudne nawet dla doświadczonych kierowców, szczególnie że często mają oni ograniczony widok, nawet jeśli pojazd jest wyposażony w tylne kamery. Poza tym, nawet jeżeli coś pójdzie nie tak, zagrożenie jest nieporównywalnie mniejsze niż w przypadku autonomicznych aut osobowych. Autonomiczne śmieciarki mogą także znacząco zwiększyć wydajność pracy – dzięki nim załogę można będzie zredukować o kierowcę, zaś osoba, która dotychczas była na przykład odpowiedzialna za opróżnianie pojemników, będzie mogła, poza tym zadaniem, wyłącznie nadzorować jazdę śmieciarki. W przypadkach, kiedy natomiast wcześniej pojazd i tak był obsługiwany tylko przez jedną osobę pełniącą podwójną funkcję, zastępując kierowcę automatem, można poprawić komfort pracy takiego pracownika. Często bowiem osoby takie uskarżają się na bóle stawów spowodowane powtarzającą się koniecznością wysiadania i wsiadania do śmieciarki, żeby ją przestawić przy opróżnianiu kolejnych śmietników. Pierwsze autonomiczne śmieciarki są już testowane – nad takimi pojazdami pracuje m.in. Volvo.