16. April 2021

Intelligentes Entsorgungsmanagement durch Behälterfüllstandssensorik

Die Abfallflut reißt nicht ab. Allein in Deutschland werden jährlich über 400 Millionen Tonnen Abfall produziert. Um diese Mengen zu bewältigen, setzen immer mehr Entsorgungsunternehmen und Recyclinghöfe verstärkt auf automatisierte Systeme, sogenannte „Smart Waste Solutions“. Kernstück davon sind intelligente Sensoren, die den Behälterfüllstand überwachen und so unnötige Leerfahrten vermeiden.

Vielerorts fahren Müllabfuhren nach wie vor nach einem festen Leerungsplan – ungeachtet dessen, ob eine Leerung der Abfallbehälter zum festgelegten Zeitpunkt sinnvoll ist. Gerade bei entlegenen Containern, beispielsweise in Industriegebieten, werden dadurch jedoch sowohl Kraftstoff als auch wertvolle Zeit vergeudet. Die Ausstattung von Abfallcontainern mit intelligenten Sensoren, die selbstständig den Füllstand an das zuständige Entsorgungsunternehmen übermitteln, kann dies vermeiden.

Vorteile von Smart Waste Management: Nicht nur Industry 4.0 profitiert

Sensorelemente für den Behälterfüllstand kommunizieren in der Regel über ein Long Range Wide Area Network (abgekürzt: LoRaWAN). Diese Technologie bietet durch Sendefrequenzen im lizenzfreien Subgigahertzbereich eine stabile Verbindung über eine Reichweite von bis zu 15 Kilometern und erleichtert Entsorgungsunternehmen so den kostengünstigen Aufbau großflächiger firmeninterner Netzwerke.

Gerade in Großstädten oder Industriegebieten ist dies nützlich: So ermöglicht die sensortechnische Aufrüstung von Containern es, die Routen und Zeitpläne von Abholfahrzeugen zu optimieren. Das spart nicht nur den Unternehmen Zeit und Geld, es reduziert durch weniger Fahrten auch die Lärmbelastung für Anwohner sowie die CO2-Emissionen und entlastet den Straßenverkehr. Die zeitnahe Abholung verringert außerdem die Belästigung durch Gerüche und die Wahrscheinlichkeit, dass gefährliche Stoffe entweichen, wie es beispielsweise bei Abfällen aus Krankenhäusern der Fall sein kann.

Ferner tragen Smart Waste-Systeme dazu bei, mögliche Gefahren wie Brände oder Lecks an Gefahrgut-Containern frühzeitig zu erkennen und beugen so der Entstehung weiterer Sach- und Personenschäden in der Industrie vor.

Ultraschallsensoren sind für die Abfallwirtschaft von besonderem Interesse

Natürlich ist nicht jeder Sensor für jeden Einsatzzweck geeignet; beispielsweise sind mechanische Sensoren wie Schwimmer oder Lotsysteme zwar widerstandsfähig, können aber aufgrund ihrer Funktionsweise nur bei Materialien eingesetzt werden, deren Beschaffenheit dies zulässt. Umgekehrt ermöglichen optische Sensoren zwar eine präzise Messung in vielen Umgebungen, sind dafür aber anfällig für Verschmutzungen, beispielsweise durch Staub oder Schaum.

In Abfallcontainern werden daher aufgrund der heterogenen Beschaffenheit von Abfällen vorwiegend Sensoren verbaut, die mit Ultraschall oder vergleichbaren Technologien arbeiten.

Ein Beispiel dafür ist der Wilsen.sonic.level, ein IoT-Sensor der Firma Pepperl+Fuchs. Dieser wird im Deckel des Containers installiert und stellt durch die Resonanz von Ultraschallpulsen den Behälterfüllstand fest. Selbst komplexe Behälterformen können mit dem Sensor ausgestattet werden. Der Vorteil gegenüber anderen Systemen liegt darin, dass der Sensor selbst nie mit dem Abfall in Kontakt kommt und durch ein robustes Gehäuse vor Beschädigungen geschützt ist, welche die Messung stören könnten. Der Wilsen IoT-Sensor kann zudem über eine App adressiert werden, die eine Parametrierung und Visualisierung der Messwerte sowie die Einstellung der Erfassungskeule ermöglicht. Durch einen eingebauten Temperatursensor, der vor Hitzeentwicklung im Behälter warnt, werden Schäden an Sensor und Behälter vermieden.

Behälterfüllstandsmessung

Quelle: Pepperl+Fuchs

Das „Smarte“ an Smart Waste Solutions beginnt mit der Einrichtung

Ein großer Vorteil von LoRaWAN-Technologie besteht darin, dass ein einmal eingerichtetes Netzwerk problemlos um weitere Geräte erweitert werden kann. Dazu müssen diese lediglich einmal vor Ort konfiguriert werden, um sich mit dem Netzwerk verbinden zu können. Im Fall des Wilsen IoT-Sensors geht dies über eine mitgelieferte App vonstatten, die sich über Bluetooth mit dem Sensor verbindet und so die Einrichtung per Smartphone oder Tablet ermöglicht.

Einmal eingerichtet, schickt der Sensor über LoRa Informationen über Füllstand und Position des Containers und wartungsrelevante Informationen wie Temperatur und Ladezustand an ein LoRa-Gateway, das diese in ethernetfähige Daten konvertiert und an die Server des Entsorgungsunternehmens weiterleitet, wo sie entschlüsselt werden und von den relevanten Applikationen, beispielsweise zur Routen- und Wartungsplanung abgerufen werden können.

Smart Waste Behälterfüllstandsensor

Quelle: Axians eWaste GmbH

Beispiele für Einsatzgebiete des intelligenten Behältermanagements

Sowohl in der Industrie als auch in der Logistik Branche kann die Füllstandsmessung beispielsweise für folgende Behälter bzw. Container in Einsatz genommen werden:

Metallschrott
Papier
Abfall
Öl-, Diesel-, Emulsionen
Silos
Bio-, Säure
Altglas
Kleidercontainer

Die „Digitalstadt“ Darmstadt hat bereits 2018 mit dem Einsatz von intelligenten Systemen zur Behälterfüllstandmessung begonnen und erste Abfallbehälter an öffentlichen Plätzen mit entsprechenden Sensoren aufgerüstet. Erste Ergebnisse zeigen das Potenzial der Technik: So konnte die Stadt feststellen, dass sensorgesteuerte Bedarfsleerungen bereits innerhalb kurzer Zeit die Entsorgungskosten senkten, Effizienz steigerten und den Verkehr entlasteten.

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Quelle: Digitalstadt Darmstadt
– Smart Waste: Intelligente Mülltonnen teilen ihren Füllstand selbst mit

Die Anforderungen an eine Füllstandsmessung sind sehr vielfältig, denn viele unterschiedliche Abfallstoffe und Behälter müssen eingebunden werden. Die Axians eWaste GmbH digitalisiert bereits gemeinsam mit ihren Kunden erfolgreich deren logistischen Prozesse des innerbetrieblichen Abfallmanagements, lediglich Abfallbehälter an sich, welcher ein wichtiger Aspekt des Digitalisierungsprozesses darstellt, wurde bisher nicht mitberücksichtigt.

Nun wird in Kombination aus Sensor, der IoT-Plattform eines Pilotkunden sowie der Axians eWaste Softwarelösung eNATUREportal für das innerbetriebliche Abfallmanagement erste Behälter zur Füllstandsmessung ausgestattet und in den ersten Werken getestet. Bei Erfolg wird die Lösung auf alle Produktionsstandorte mit mehr als 10.000 Behältern eingeführt, sodass der jeweilige Behälter nur dann angefahren und geleert wird, wenn er auch wirklich fast voll ist.

Das spart Energie, Zeit, Geld, schont die Umwelt erheblich und hinterlässt somit einen ökologischen Fußabdruck.