Prozesse in der Abfallverwertung mit 3D-LiDAR digitalisieren

Mit 3D-LiDAR steht Entsorgungsbetrieben erstmals eine praxistaugliche Technologie zur Verfügung, um Abfallmengen mit geringem Aufwand exakt in Echtzeit zu messen und die Ergebnisse den Mitarbeitenden umgehend digital zur Verfügung zu stellen. Die Daten ermöglichen es auch, die neue CO₂-Abgabe für verbrannten Müll exakt zu berechnen.

Bei der Abfallverarbeitung steht eine möglichst wirtschaftliche und umweltverträgliche Entsorgung im Vordergrund, um die Belastung der Bürgerinnen und Bürger, aber auch die der Umwelt möglichst gering zu halten. Zum Fortschritt in beiden Bereichen tragen schon diverse Maßnahmen zur Digitalisierung von Prozessen bei, etwa intelligente Müllsortierungssysteme, KI-basierte Störstofferkennung oder digitale Plattformen für das Asset Management. Doch in einem sehr grundlegenden Bereich gab es bisher keine Digitalisierungstechnologie: bei der Erfassung des Abfallbestands. Daher kennen abfallverwertende Unternehmen diese ganz zentrale Kenngröße meist nicht. Sie wissen nicht, wie viel Abfallmaterial in der Anlage insgesamt zu jedem Zeitpunkt vorhanden ist und welche Anteile davon weiterverwertet oder verbrannt werden. Doch es ist heute wichtiger denn je, diese Mengen exakt messen zu können.

Bisherige Mängel bei der Mengenerfassung

Der Grund dafür, dass die Anlagenbetreiber bisher mit mangelhaften Bestandsdaten auskommen müssen, ist ganz einfach: Es fehlte bisher eine praxistaugliche Technik dafür. Daher verlassen sich viele Entsorgungsbetriebe auf ungenaue Erfassungsmethoden wie die Schätzung nach Augenmaß, das Zählen von angelieferten LKW-Ladungen und gelegentliches Wiegen. Aber all diese Methoden haben Schwächen: Bei der Bestandsschätzung etwa liegen sogar erfahrene Mitarbeitende in der Regel recht weit daneben. Das Zählen oder Wiegen von LKW-Ladungen liefert zwar einen guten Überblick für den Zeitpunkt der Erfassung, aber zwischenzeitliche Entwicklungen innerhalb der Anlagen werden damit nur unzureichend erfasst. Vor allem aber stellen diese Methoden keine Daten in digitaler Form bereit, die jederzeit abrufbar sind. Aber genau das ist für eine optimale Analyse und Planung nötig. Außerdem sind die bisherigen Methoden mit großem Aufwand und hohen Personalkosten verbunden. Folglich fehlen den Abfallverwertern über weite Strecken Informationen über ihren tatsächlichen Müllbestand und sie können nicht angeben, welchen Anteil sie davon verbrannt haben. Das stellt sie vor Herausforderungen bei der exakten Berechnung der mengenabhängigen CO₂-Abgaben für die Müllverbrennung.

Emissionskosten in der Müllverbrennung

Zum 1. Januar 2024 ist die Novelle des Brennstoffemissionshandelsgesetzes (BEHG) inkraftgetreten, mit der die thermische Abfallbehandlung Teil des nationalen Emissionshandels wurde. Das hat zur Folge, dass Müllverbrennungsunternehmen heute pro freigesetzter Tonne CO₂ 45 Euro abführen müssen. Ab 2025 soll der Satz auf 55 Euro steigen und danach in das europäische Emissionshandelssystem integriert und voraussichtlich noch höher werden. Doch woher wissen die Unternehmen, wie hoch der CO₂-Ausstoß genau ist? Dazu gibt es unterschiedliche, direkte und indirekte, Ermittlungsmethoden.

Mit neuer Messmethode Extrakosten vermeiden

Die direkte Messung des ausgestoßenen CO₂ etwa mit Gasanalysatoren ist nicht immer ausreichend oder die beste Wahl. Das ist nicht unbedingt die genaueste und kostengünstigste Möglichkeit, weil Sensoren für die direkte Abgasmessung etwa wartungsintensiv sein können und oft nur punktuelle Ergebnisse liefern. Ein weiteres Argument gegen die ausschließliche direkte Messung sind bestehende Normen und Vorschriften, die festlegen, dass die Emissionen anhand von offiziellen Emissionsfaktoren mit der tatsächlich verbrannten Menge errechnet werden müssen. Diese Emissionsfaktoren werden von Regierungsbehörden oder Umweltorganisationen auf empirischer Basis festgelegt und geben die durchschnittliche CO₂-Menge an, die bei der Verbrennung eines bestimmten Materials oder typischen Materialmischungen ausgestoßen wird. Bei der Müllverbrennung ist es beispielsweise üblich, von „Modell-Abfallgemischen“ bei Haus- oder Sperrmüll auszugehen.

Die Emissionsfaktoren sind also vorgegeben. Um die tatsächlich emittierte CO₂-Menge und damit die fälligen Abgaben berechnen zu können, muss nun noch die Menge der verbrannten Abfälle möglichst genau messen werden. Das ist wirtschaftlich gesehen sehr wichtig, denn Fehlmessungen können zu hohen finanziellen Belastungen führen:

• Wenn die Verwertungsunternehmen die verbrannte Menge zu hoch einschätzen, leisten sie entsprechend zu hohe Zahlungen.
• Bewerten sie die Menge zu niedrig, kann das sogar noch teurer werden. Vorgesehen sind beispielsweise Geldbußen, Nachzahlungen zu erhöhten Tarifen oder sogar die Sperrung des Kontos im nationalen Emissionshandelsregister mit erheblichen rechtlichen, finanziellen und operativen Konsequenzen.

Einfache und effektive Messung mit 3D-LiDAR

Die 3D-LiDAR-Lösung („Light Detection and Ranging“) von Blickfeld zur Materialbestandsmessung ist besonders gut geeignet für den Einsatz in der Abfallverwertung, denn sie erfasst das Volumen auch von sehr großen Abfallbergen schnell, unkompliziert, kostengünstig und sehr exakt. Für die Messung scannt ein 3D-LiDAR die Oberfläche mithilfe von tausenden Laserpulsen pro Sekunde und berechnet aus den erfassten geometrischen Eigenschaften die Materialmenge mit einer direkt in den Sensor integrierten Software sehr präzise.

Der Sensor überträgt die aktuellen Bestandsinformationen ohne Verzögerung sofort in unterschiedlichen gängigen digitalen Formaten automatisch in das Abfallwirtschaftssystem, eine andere Materialverwaltungssoftware oder auf Wunsch auch in die Cloud, um die Bestände mehrerer Anlagen in einer einzigen Lösung gemeinsam zu verwalten. Dabei können die Messungen beliebig häufig erfolgen: Typischerweise reichen ein oder zwei Messungen pro Tag, aber es kann bei Bedarf jederzeit On-Demand gemessen werden. Das verschafft Entsorgungsbetrieben einen stets aktuellen Überblick darüber, wie viel Müll sie auf welche Weise weiterverarbeiten und versetzt sie in die Lage, die Richtigkeit ihrer CO₂-Abgaben gegenüber Zertifizierungsorganisationen und staatlichen Umweltschutzagenturen jederzeit nachzuweisen.

Effizientere Prozesse mit hohem Sparpotenzial

Die Vorteile von Echtzeit-Bestandsdaten gehen noch weit über die genaue Berechnung der CO₂-Abgaben hinaus. Sie ermöglichen insgesamt effizientere und wirtschaftlichere Prozesse; Entsorgungsunternehmen können ihre Ressourcen besser einschätzen und Kapazitäten optimal nutzen. Dies erleichtert nicht nur die Planung des Durchsatzes, sondern auch die standortübergreifende Optimierung interner Logistikprozesse. Darüber hinaus haben Buchhaltung und Logistik eine zuverlässige Datenquelle zur Verfügung, um ihren Berichtspflichten mit minimalem Aufwand optimal nachzukommen. Besonders einfach profitieren sie, wenn sie für die Messung das 3D-LiDAR-Modell Qb2 von Blickfeld einsetzen. Da bei diesem die Software in das Gerät integriert ist, werden die bei anderen LiDAR-Sensoren benötigten externen Computer für die Datenanalyse überflüssig. Strom und Daten werden über dieselbe Leitung (Power-over-Ethernet) übertragen, wodurch nur wenige Kabel benötigt werden. Dies macht Installation und Betrieb besonders unkompliziert. Ein robustes Gehäuse mit Wasser- und Staubschutz gemäß IP67 macht die Blickfeld-Lösung besonders geeignet für den Einsatz in rauen Umgebungen wie Abfallbehandlungsanlagen. Der 3D-LiDAR Qb2 bietet somit erstmals eine einfach handhabbare Technik für die Volumenerfassung, welche die Digitalisierung und Automatisierung von Verarbeitungsprozessen auf sehr einfache Weise vorantreibt.

Die Blickfeld GmbH wurde 2017 mit Sitz in München gegründet und ist mittlerweile international tätig. Das Unternehmen entwickelt LiDAR-Sensoren (Light Detection and Ranging) mit integrierter Software, die Echtzeit-3D-Daten für die Digitalisierung und Automatisierung verschiedenster zukunftsweisender Anwendungen liefern. Dazu gehören beispielsweise Volumenerfassung, datenschutzkonforme Personenzählung, Verbesserung von Sicherheitssystemen und autonome Funktionen in Smart-Mobility-Lösungen.