Projekt 35613/01

Transparenz in textilen Recyclingprozessen

Projektdurchführung

Tailorlux GmbH
Fraunhoferstr. 1
48161 Münster

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Projekt AZ: 35613/01 “Transparenz in textilen Recyclingprozessen“ hat die Grundlage für die Quantifi-zierung von Faseranteilen in Geweben geschaffen und nachgewiesen, dass chemische Markierung und Recyclingprozesse kompatibel sind. Im Ergebnis steht ein Prototyp der Faseranteile am Flächentextil erkennt, ohne dass etwa Sensoren im Produktionsprozess notwendig wären.
Tailorlux hat mit diesem Projekt erstmals maschinelles Lernen mit einem optischen Sensormix verbunden, der auf großes Interesse in der Textilindustrie gestoßen ist und fortan zum Handgerät weiterentwickelt werden soll.



Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1.) Markierung und chemisches Recycling von PET (Depolymerisation): Versuche in Politspinnanlage mit der Firma Jeplan
2.) Markierung und Chemisches Recycling Baumwolle /Pulpe:Versuche mit der Firma Renewcell und markierter Baumwolle.
3.) Tests im mechanischen Recycling
4.) Design Thinking Workshop mit der Fa. TapDo zur Erstellung des Prototypendesigns
5.) Aufbau des Prototypen
6.) Erstellen textiler Muster und Katalogisieren von textilen Mustern aus laufenden Projekten
7.) Quantifizierungsalgorithmus: Lernphase mit PCA („Principal Component Analysis“)



Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse zeigen, dass die industriellen Recyclingprozesse immer mindestens einen Prozessschritt zur Homogenisierung aufwiesen, die einen kausalen Zusammenhang zwischen Quantität von Markern und Rezyklat-Anteil erlauben. Die Markierungen selbst haben keinen negativen Einfluss auf textile Recyclingprozesse bzw. können das neue Signal für recycelte Ware kaum verfälschen. Grundsätzlich ist es also möglich, recycelte Bestände zu markieren, um ihren besonderen Wert gegenüber Neuware zu kennzeichnen und deren Quantität in Stoffen nachzuweisen. Dabei nahm das Projekt keinerlei Bewertung hinsichtlich der ökologischen Bilanz von chemisch recycelten Stoffen vor. Im Vordergrund des Projektes stand der grundsätzliche Nachweis einer möglichen Quantifizierung von Rezyklat in Flächentextilien zum Nachweis von Recyclingquoten, zur Weiterverwendung in einem Produktpass.

Durch zahlreiche Anfragen und Einladungen an ähnlichen Projekten teilzunehmen, stellen wir abschließend fest, dass die Deutsche Bundesumweltstiftung ein Projekt gefördert hat welches am Puls der Zeit ist. Die Erstellung von Datenbanken und Sensoren zur Erhöhung der Recyclingquote mit werthaltigen und möglichst homogenen Stoffströmen hat gerade erst begonnen und Tailorlux hat mit drei Sensortypen Möglichkeiten aufgezeigt, mehr Transparenz in textiles Recycling zu bringen.
Tailorlux hat hier eine einzigartige Pionierarbeit leisten dürfen, die im Rahmen der weiteren Entwicklung auf phänomenale Ergebnisse hoffen lässt.

Durch zahlreiche Anfragen und Einladungen an ähnlichen Projekten teilzunehmen, stellen wir abschließend fest, dass die Deutsche Bundesumweltstiftung ein Projekt gefördert hat welches am Puls der Zeit ist. Die Erstellung von Datenbanken und Sensoren zur Erhöhung der Recyclingquote mit werthaltigen und mög-lichst homogenen Stoffströmen hat gerade erst begonnen und Tailorlux hat mit drei Sensortypen Möglich-keiten aufgezeigt, mehr Transparenz in textiles Recycling zu bringen.
Tailorlux hat hier eine einzigartige Pionierarbeit leisten dürfen, die im Rahmen der weiteren Entwicklung auf phänomenale Ergebnisse hoffen lässt.

Für das Projektziel „Stofferkennung mit NIR“ und die Möglichkeit R-PET und PET ohne Markierung zu unterscheiden konnten keine signifikanten Proben eingeholt werden.
1.) Die absolute Intensität und Wellenlängenstabilität des NIR-Spektrometers muss so gewählt werden, dass geringe Probenmengen zu aussagekräftigen Informationen führen oder deutlich größere Mengen an Daten genommen werden.
2.) Die Vielfalt der PET Nachbehandlung hinsichtlich Farbe, Ausrüstung und Coatings ist ein Problem für die Erkennung.

Die Grundsätzliche Stofferkennung funktioniert und kann sehr gut in das Gesamtergebnis integriert werden.

Jedoch unterliegt die spektrale Antwort des Materials im NIR sensorbedingten Schwankungen, jedoch ist die Form des Spektrums für die unterschiedlichen Materialien gleich. Dadurch wird ersichtlich, wie wichtig eine ausreichende Datenlage für die sichere Wiedererkennung von unterschiedlichen Materialien ist. Dies verifiziert die Annahme zur Analyse von Abbildung 1. Für eine bessere Datenlage muss recyceltes Gewebe vollstufig unter kontrollierten Bedingungen hergestellt werden und ein zukünftiger NIR Sensor muss besser auflösen (siehe auch 5.6) können, um kleinste Abweichungen zu detektieren. Tailorlux hat die Schwächen des verwendeten NIRONE Sensors analysiert und eine eigene NIR-Spektrometer Entwicklung angestoßen, die in Quartal II 2022 in ein Handgerät einfließen sollen. Neben der Markierung ist NIR-Spektroskopie ein wesentlicher Erfolgsfaktor der Materialerkennung.

Die Kameraerkennung wurde zunächst nur als einfaches Erkennungshilfsmittel installiert, um spektrale Daten besser einordnen zu können. Im Projektverlauf konnte jedoch bewiesen werden, dass sich Verschnitt im Weben erkennen lässt. So kann etwa ein Gewebe welches nur zu 50% aus recyceltem Garn gewebt wurde durch die Kamera erkannt werden.

Die Kameraerkennung wird in Verbindung mit dem NIR-Sensor auch im Falle von Textilien Nachbearbei-tungsprozessen eine größere Rolle spielen. So ist es wahrscheinlich, dass PU-Coatings und Färbeverfahren erkannt werden können. Es gibt erste Hinweise, dass das wasserschonende „Dry-Indigo-Verfahren“ mit dieser Methode erkannt werden kann. Problematisch sind die Filter der Kamera, da diese theoretisch für jeden Marker individuell gesetzt werden müssen. Für eine Überführung in ein Handgerät gibt es noch kein Konzept.

Der Mix aus Stofferkennung, Markererkennung und Kamera wird auch die weitere Sensorentwicklung von Tailorlux prägen und ultimativ in einem Handgerät aufgehen. Die erstellten Muster sind eine Datenbasis die auch von anderen Projekten zu textiler Transparenz genutzt werden können. Die durch das Projekt geför-derte Materialvielfalt ist nach erstem Feedback von Projektpartnern einzigartig. Das Verifikationsunterneh-men Eurofins ist ebenfalls an den Daten interessiert. So könnte eine ausreichende Zahl von Referenzdaten in einer Datenbank dezentralen Prüfstellen zur Verfügung gestellt werden. Tailorlux zieht daraus die Erkenntnis, dass ein angelerntes System auf immer gleichförmige Sensordaten zurückgreifen muss und hat im September 2021 eine neue Sensorentwicklung initiiert, die einen verbesserten NIR und UV/VIS-Sensor zum Ziel haben. Diese Sensoren lassen sich durch einen einzigartigen Produktionsprozess immer gleich kalibrieren und können so der dezentralen Datenerhebung einer Materialdatenbank dienen.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das ARD Format „W..Wie Wissen“ sendete am 05.12.2020 einen Beitrag der den Besuch von Tailorlux bei Altex zum Gegenstand hatte.
Auf der Basis der Pressemitteilung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, meldeten sich unter anderen zwei Verbände bei Tailorlux. Im Ergebnis dieser Gespräche ist Tailorlux dem Netzwerk ReNewTex beigetreten, wo aktuell eine Markierung für das Recycling von Teppichen und anderen Bodenbelägen entwickelt wird. Der Organisator, das Institut für Forschung, Prüfung und Zertifizierung (https://www.tfi-aachen.de/) ist von den ersten Ergebnissen überzeugt und möchte dazu vermutlich einen ZIM Antrag stellen.
Tailorlux hat das Projekt außerdem beim Zentralverband Textil+Mode vorgestellt.



Fazit

Das Projekt hat in vielerlei Hinsicht neue Impulse für Transparenz in textilen Recyclingprozessen geschaffen. Wichtigster Grundstein ist die Erkenntnis, dass die bereits bei der Biobaumwolle eingesetzte Markierungstechnologie auch in textilen Recyclingprozessen eingesetzt werden kann. Sowohl beim chemischen als auch mechanischen Recycling sind keine Signalverfälschungen zu erwarten. Recycelte Fasern und Polymere können sicher markiert werden, um „Greenwashing“ zu vermeiden. Vielmehr kann die Verwendung dieser Fasern auch in einem Flächengewebe zerstörungsfrei nachgewiesen werden.
Der dafür entwickelte Prototyp setzt einen, nach heutigem Kenntnisstand weltweit einzigartigen Sensormix ein, um die Zusammensetzung von Textilien mit künstlicher Intelligenz zu analysieren. Auch wenn ein Unternehmen wie Eurofins grundsätzliches Interesse an einem solchen Verifikationsgerät zeigt, so muss die weitere Entwicklung ultimativ in ein Handgerät münden, um an verschiedenen Punkten der textilen Wertschöpfung aber auch in anderen Industrien eingesetzt zu werden. Beinahe in jedem Industriezweig gibt es digitale Konzepte wie die Blockchain zur Verbesserung von Transparenz und Materialauthentizität aber keine physischen Analysen die solche Konzepte auch stützen.
Eine zentrale und selbstlernende Datenbank zur Materialanalyse braucht neben Markern und VIS-Spektroskopie auch einen NIR Sensor. Das nun abgeschlossene Projekt konnte nicht alle Ziele hinsichtlich der NIR-Erkennung erreichen, hat aber wertvolle Grundlagen geschaffen, die in ein weiterentwickeltes Gerät einfließen werden.
Zu einem umfassenden Fazit gehört auch, den Stellenwert der Mustererstellung nochmals hervorzuheben. Durch das geförderte Projekt konnte eine einzigartige Vielfalt von textilen Mustern erstellt werden. Diese Muster sind die Grundlage für den Aufbau des neuronalen Netzwerkes. Dieses Netzwerk erkennt klassifiziert die erstellten Muster schon heute mit einer Genauigkeit von >90%. Das heißt, dass eine einzelne Probe, die dem Algorithmus präsentiert wird, mit einer Wahrscheinlichkeit von über 90 % der korrekten Klasse zugeordnet wird. Weitere Forschung in Richtung alternativer Vorverarbeitung und stochastischer Repräsentation der Daten wird das Modell weiter verbessern
Das Projekt hat einen funktionalen Prototypen vorgebracht und erstmals Sensordaten, Markierung und künstliche Intelligenz in einem Gerät kombiniert. Tailorlux wird dieses Projekt selbstständig fortführen und hat dazu folgende Maßnahmen getroffen:

- Die Mustererstellung geht durch textile Projekte weiter und jedes erstellte Kundenmuster erweitert die Datenbank.
- Tailorlux hat eine eigene VIS/NIR Entwicklung begonnen, die eine neue Sensorplattform schaffen wird.
- Die Hochschule Niederrhein und Saxion haben Interesse an einer Kooperation zum weiteren Aus-bau der Materialdatenbank.
- Anfertigung einer Masterarbeit über das Thema.

Der Markt verlangt nach Lösungen die zur Klarheit über die Verwendung von recycelter Waren beitragen. Die ambitionierten Recyclingquoten und Emissionsabgaben werden diesen Trend noch verstärken. Das vorliegende Projekt markiert einen ersten Meilenstein auf dem Weg zu einer technischen Möglichkeit die Recyclingquote in textiler Wertschöpfung tatsächlich nachzuweisen und Ideen wie den Produktpass zu verbessern.