ハイパースペクトルカメラ　HySpex Baldur用途例
コンポスタブルプラスチックの識別・選別

ハイパースペクトル技術で変わる廃棄物管理

環境問題への関心が高まる現代において、日常的に使用されている包装資材の多様化に伴い、適切な処理方法の確立が急務となっています。
その中でも注目を集めているのがコンポスタブルプラスチックです。これは生分解性を持つ素材で、カトラリー、フタ、包装材などに使用されており、従来のプラスチックよりも環境への負荷を軽減できる可能性を秘めています。この分野の市場は拡大傾向にあり、持続可能な素材へのシフトが進んでいることがうかがえます。
しかしながら、現在の廃棄物処理システムでは、適切な産業用コンポスト処理が行われておらず、コンポスタブルプラスチックが「異物」として扱われることで、環境改善への効果が損なわれてしまうのが現状です。

ハイパースペクトルカメラ　HySpex Baldur製品詳細

ハイパースペクトルイメージング（HSI）による識別技術の革新

この課題に対し、University College Londonの研究者たちは、ハイパースペクトルイメージング（HSI）という先端技術に注目しています。HSIは画像解析と分光学を組み合わせた非破壊的な手法で、物質の化学的・分子構造を「光」で見分けることができ、見た目が似ていても性質が異なるプラスチックを高精度で識別することが可能です。

HSI技術を用いることにより、コンポスタブル（堆肥化可能）なプラスチックと従来のプラスチックを識別するための包括的なソリューションを提供することが可能になります。

ハイパースペクトルカメラHySpex Baldurによるプラスチックのスペクトル測定

本研究では、950～1,730nmの波長領域における様々なプラスチック素材のスペクトル特性を解析するため、高解像度・高品質のデータ収集が可能なハイパースペクトルカメラ「HySpex Baldur S-640i N」を使用しました。
「HySpex Baldur S-640i N」は、3.36nmのスペクトル分解能で232バンドの波長データを取得し、1mの距離から0.44mmの空間解像度（ピクセルサイズ）で高精細なデータを収集します。
近赤外の高性能ハイパースペクトルカメラを用いることにより、PLA（ポリ乳酸）やPBAT（ポリブチレンアジペートテレフタレート）といった代表的なコンポスタブルプラスチックのほか、サトウキビやヤシの葉を原料とする素材も識別可能となります。

実験

実験プロセスでは、データ収集（図1参照）に加え、高度なデータ分析技術も活用されました。外的要因によるばらつきを軽減し、スペクトルの違いを強調するために、平均中心化（MC）や標準正規変換（SNV）といった前処理アルゴリズムが使用されました。
さらに、Prediktera社のBreezeソフトウェアを用いて、主成分分析（PCA）や部分最小二乗判別分析（PLS-DA）を実施。これにより、素材を正確に区別するためのセグメンテーションと分類モデルが構築されました。

図1：ハイパースペクトルカメラシステム　

(A) システムの構成要素　(B) ハイパースペクトルシステムの寸法

図2：コンポスタブルプラスチック素材検出のためのハイパースペクトルモデリング（PLS-DA）

(A) ハイパースペクトルカメラ（HySpex Baldur S-640i N）で取得した疑似カラー画像
(B) 異なるプラスチックタイプを強調した分類画像

結論

ハイパースペクトルイメージング（HSI）は、コンポスタブルプラスチックを正確に識別し、分別するための手段を提供し、より持続可能な未来を切り開きます。画像解析と分光学を組み合わせた非破壊的な手法を使用することで、見た目が似ていても性質が異なるプラスチックを高精度で識別できます。この技術を導入することで、環境に優しいコンポスタブルプラスチックのリサイクルがより効果的に進み、これらの素材が持つ環境への良い影響を最大限に引き出すことが期待されます。

1.Taneepanichskul N, Hailes HC and Miodownik M (2023) Automatic identification and classification of compostable andbiodegradable plastics using hyperspectral imaging. Front. Sustain. 4:1125954. doi: 10.3389/frsus.2023.1125954
2. Taneepanichskul, N., Purkiss, D., and Miodownik, M. (2022). A review of sorting and separating technologies suitable forcompostable and biodegradable plastic packaging. Front. Sustain. 3, 901885. doi: 10.3389/frsus.2022.901885
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