Imaging chimico quantitativo: portare il controllo di qualità del laboratorio sulla linea di produzione

Imaging chimico quantitativo: portare il controllo di qualità del laboratorio sulla linea di produzione

Attributi come sicurezza, qualità e velocità sono forti fattori di differenziazione per le aziende nazionali quando competono a livello globale. Tutti parlano di digitalizzazione, Industria 4.0, tutela ambientale e 5G. I moderni impianti di produzione in tutto il mondo
stanno quindi cercando di implementare un controllo di qualità affidabile per le loro merci in entrata e in uscita. Per rimanere competitivi con i propri prodotti sul mercato internazionale, l’ottimizzazione della produzione sta diventando sempre più importante per diversi settori come quello alimentare, del riciclaggio, del legname e per altri settori legati alla produzione di beni di consumo e capitali.

 

L’Italia, con esportazioni di beni e servizi pari al 31,8% ¹ del PIL, è uno dei primi cinque paesi esportatori² sia all’interno dell’UE che a livello mondiale. Del suo volume totale di esportazioni, l’Italia esporta il 12,6% in Germania, il 10,5% in Francia e il 9,2% negli Stati Uniti. Allo stesso tempo, importa il 29,3% del suo PIL. Ciò significa che in futuro le imprese italiane dovranno prestare ancora più attenzione alla qualità delle merci che importa per garantire la sicurezza dei consumatori italiani e per continuare a fornire la migliore qualità italiana all’estero durante l’esportazione.

I moderni metodi di garanzia della qualità spesso sono inadeguati

Molti metodi di controllo della qualità nell’industria alimentare, chimica e farmaceutica, così come nella produzione di combustibili solidi recuperati (SRF) / combustibili derivati ​​da rifiuti (CDR) e materie prime secondarie nell’industria del riciclaggio, si basano su risultati di laboratorio ottenuti utilizzando strumenti e metodi di misura ad alta precisione. L’esiguo numero di campioni casuali utilizzati significa che questi metodi non possono fornire informazioni qualificate sull’intero flusso del prodotto. Di conseguenza, questo approccio non soddisfa in alcun modo gli attuali standard di qualità e sicurezza.

Prendiamo un esempio dall’industria alimentare. Nella lavorazione del pollame si verifica il difetto wooden breast (letteralmente “petto legnoso”). Al giorno d’oggi, i dipendenti del reparto controllo qualità delle aziende di lavorazione della carne di pollo devono rilevare se questo difetto è presente toccando la carne con le mani. Nuove tecnologie di sensori collegate al sistema di controllo della struttura – come l’imaging iperspettrale – rilevano se la carne di pollo è adatta al consumo in una frazione di secondo sul nastro trasportatore e quindi determinano l’ulteriore lavorazione del prodotto. Al contrario del controllo qualità manuale, è possibile garantire standard di qualità e sicurezza molto più elevati per i consumatori. Inoltre, l’azienda risparmia tempo e denaro.

Cos’è l’imaging iperspettrale?

La tecnologia di imaging iperspettrale, che è il cuore di questo nuovo sistema di controllo della qualità, proviene dall’astronautica e viene utilizzata anche per esplorare galassie lontane. Non riconosce i colori reali, ma identifica la struttura chimica del materiale osservando la luce riflessa e la sua lunghezza d’onda. È quindi possibile misurare la composizione chimica di un particolare materiale, come mostrato nelle due immagini sottostanti:

Le immagini sono state scattate in un laboratorio della EVK DI Kerschhaggl GmbH a Graz, in Austria.

 

A sinistra è possibile vedere una foto originale di vari fiocchi di plastica utilizzati per il recupero energetico in diversi impianti di incenerimento. Sul lato destro si hanno gli stessi fiocchi di plastica, che sono stati osservati con immagini iperspettrali, quindi suddivisi in diverse categorie e classi e convertiti in un’immagine a falsi colori RGB a 24 bit visibile all’occhio umano. In questo processo, indipendentemente dal loro colore reale, assegniamo ai diversi tipi di plastica un colore da noi specificato per distinguerli chiaramente l’uno dall’altro. Determiniamo il tipo e la qualità del materiale. Nella foto sopra possiamo vedere i diversi tipi di plastica in diversi colori: ABS (acrilonitrile butadiene stirene) in rosso, POM (poliossimetilene) in blu, PC (policarbonato) in verde, PE (polietilene) in giallo e PS (polistirene) in viola.

“È così che vediamo il mondo all’EVK”, spiega il dott. Matthias Kerschhaggl, uno dei pionieri nella ricerca e nello sviluppo di questa tecnologia, con un sorriso sulle labbra. ‘In questo caso abbiamo reso visibile la chimica invisibile del materiale. L’uso ottimizzato di algoritmi e l’apprendimento automatico associato fanno sì che le decisioni per l’ulteriore elaborazione di materiali diversi vengano prese in tempo reale. In questo modo, il flusso di prodotto in un impianto può essere monitorato continuamente con la precisione necessaria e vengono rilevate anche piccole variazioni. “Siamo molto orgogliosi di ciò che abbiamo raggiunto negli ultimi 10 anni in termini di sicurezza alimentare e sistemi sostenibili per un trattamento più sostenibile dell’ambiente ea beneficio dei nostri figli”, spiega il padre di due figli.

Anche la natura trae vantaggio dal riciclaggio

Un esempio del settore del riciclaggio mostra che anche l’ambiente trae beneficio da queste nuove tecnologie. Il trattamento ben pianificato e controllato dei rifiuti negli impianti di incenerimento offre la possibilità di generare energia in modo efficiente dalle materie prime secondarie esistenti e anche la possibilità di proteggere l’ambiente e di ridurre la CO2 emessa bruciando eccessivamente combustibili fossili. L’industria italiana del riciclaggio sta lavorando duramente per trovare una soluzione per la gestione dei rifiuti locali in città come Roma e Napoli. Gli inceneritori del nord Italia, che rispettano le direttive comunitarie, sono stati costretti ad accettare i rifiuti generati nel resto del Paese. È un dato di fatto che la plastica e i prodotti ottenuti da questi rifiuti rappresentavano il 2,1% ¹ del PIL italiano¹ come una delle esportazioni italiane nel 2018. Oltre alle sfide nazionali, il problema dei rifiuti pone anche ostacoli internazionali che devono essere superati. Da quando la Cina, con la sua “National Sword Policy”, è intervenuta seriamente nelle strutture di riciclaggio europee consentendo solo l’importazione di plastica segregata, anche lo smistamento della plastica in Italia è diventato un fattore rilevante. Ciò vale, ad esempio, per l’esportazione di materiali realizzati con polimeri diversi. Inoltre, il pacchetto sull’economia circolare prevede quote di riciclaggio obbligatorie, ovvero il riutilizzo dei rifiuti, ad esempio, come materie prime secondarie, per gli Stati membri dell’UE in futuro. Il tasso di riciclaggio degli imballaggi in plastica dovrebbe salire al 55% entro il 2025. Ciò significa anche che i politici dovranno fare la loro parte per aiutare a chiudere il ciclo. “Va tenuto presente che riciclare una bottiglia in PET è relativamente facile, ma l’imballaggio delle salsicce dei supermercati è costituito da diversi tipi di plastica, il che rende molto più difficile il riciclaggio e non è adatto al riciclaggio convenzionale³”, afferma uno degli specialisti più rinomati nella tecnologia di trattamento dei rifiuti e nella ricerca sulla gestione dei rifiuti Prof. Roland Pomberger dell’Università di Leoben, Austria. Tecnologie come la moderna elaborazione delle immagini e in particolare l’imaging iperspettrale, che consente all’occhio umano di vedere le strutture chimiche, possono aiutare.

Anche se l’Italia ha già raggiunto gli obiettivi di riciclaggio degli imballaggi in molte aree, è in ritardo del 41% quando si tratta di riciclare la plastica. Questa è un’altra area in cui sistemi di analisi basati su dati integrati e all’avanguardia come l’imaging iperspettrale possono dare un contributo importante per mantenere il nostro ambiente più pulito e ridurre l’inquinamento marino con plastica non riutilizzabile.

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