Într-o lume în care resursele naturale devin tot mai limitate, iar poluarea atinge niveluri critice, economia circulară reprezintă o soluție inovatoare și indispensabilă. Mai mult decât o simplă strategie de gestionare a resurselor, aceasta redefinește economia, punând accent pe un model sustenabil bazat pe reducerea deșeurilor, reciclare și reutilizare, într-un ciclu închis care maximizează valoarea materialelor.
Statisticile globale arată că doar 9% din deșeuri sunt reciclate, subliniind necesitatea urgentă de a implementa soluții eficiente pentru gestionarea deșeurilor. În acest context, Internetul Lucrurilor (IoT) devine un aliat esențial, transformând orașele în ecosisteme inteligente care eficientizează fiecare etapă a procesului de gestionare a deșeurilor.
Creșterea populației și consumul intensiv pun o presiune majoră asupra orașelor care vor adăposti 70% din populația mondială până în 2050, estimată să ajungă la 10 miliarde. Economia circulară oferă o alternativă durabilă, axată pe reutilizarea, reciclarea și reducerea consumului, contribuind la minimizarea deșeurilor și la utilizarea eficientă a resurselor.
Tehnologiile moderne, precum IoT, joacă un rol cheie în găsirea de soluții sustenabile, facilitând măsurarea, monitorizarea și analiza în timp real. Acestea reduc impactul asupra mediului și optimizează costurile operaționale. Prin integrarea soluțiilor IoT, gestionarea deșeurilor devine mai eficientă și mai transparentă, transformând modul în care comunitățile percep și interacționează cu acest proces.
Această abordare inovatoare combină monitorizarea inteligentă, analiza datelor și automatizarea proceselor, oferind eficiență sporită la fiecare pas - de la colectare și transport până la reciclare și eliminare. Astfel, IoT nu doar optimizează gestionarea deșeurilor, ci contribuie la crearea unui viitor sustenabil pentru orașele noastre.
Fig.1 Digitalizarea sistemului de gestionare a deșeurilor este soluția pentru o materie primă secundară de o calitate superioară
Prin integrarea senzorilor IoT în coșurile de gunoi, în punctele de colectare și în vehiculele de transport, se poate monitoriza în timp real tipul și cantitatea de deșeuri, nivelul de umplere, starea de contaminare și locația exactă a fiecărui recipient. Aceste informații sunt transmise către o platformă centralizată, unde sunt analizate pentru a oferi operatorilor date utile și acționabile, facilitând luarea de decizii rapide și bine informate. Pe lângă beneficiile economice și reducerea impactului asupra mediului, această soluție IoT încurajează implicarea comunităților care pot urmări în timp real progresul colectării și al reciclării, devenind parte activă a procesului.
Acest articol prezintă o soluție completă pentru gestionarea inteligentă a deșeurilor, explorând în detaliu funcționarea fiecărui element IoT, de la senzori pentru identificarea materialelor și detectarea mirosurilor, la senzori de nivel și dispozitive de cântărire. Vom analiza tehnologiile utilizate, avantajele specifice ale fiecăreia și modul în care aceste componente colaborează pentru a transforma un sistem tradițional de gestionare a deșeurilor într-un ecosistem inteligent, integrat și eficient.
Exemplu concret: Un studiu recent arată că orașele care au adoptat soluții IoT pentru gestionarea deșeurilor au înregistrat o reducere cu 30% a costurilor de colectare și o creștere cu 20% a ratelor de reciclare.
Legătura dintre economia circulară și gestionarea inteligentă a deșeurilor este esențială, deoarece ambele vizează reducerea risipei de resurse și promovarea sustenabilității. Economia circulară propune un model în care resursele sunt valorificate la maximum, iar materialele și produsele sunt reutilizate sau reciclate, păstrându-le valoarea economică cât mai mult timp. Acest model reprezintă o alternativă sustenabilă la sistemul tradițional "preia-produce-aruncă" care accelerează epuizarea resurselor și generează cantități semnificative de deșeuri.
Gestionarea inteligentă a deșeurilor devine o componentă practică a economiei circulare. Prin utilizarea tehnologiilor IoT pentru identificarea, măsurarea și monitorizarea constantă a materialelor, se creează un flux de resurse reciclabile curate, gata să fie reintegrate în producție. De asemenea, soluțiile IoT sprijină reutilizarea, identificând deșeurile recuperabile și reducând cantitatea de deșeuri inutile. Această abordare optimizează procesele de reciclare, scade dependența de resursele naturale și contribuie la diminuarea impactului asupra mediului, stimulând sustenabilitatea pe termen lung.
Un exemplu alarmant subliniază necesitatea acestei schimbări: în 2021, la nivel global, s-a generat o cantitate record de 57,4 milioane de tone de deșeuri electronice.
Fig.2 Un model sustenabil în care resursele sunt valorificate la maximum, deșeurile sunt minimizate, iar natura este protejată.
Soluția propusă implică instalarea unor coșuri inteligente de gunoi, echipate cu tehnologii avansate de monitorizare și comunicare. Acestea utilizează senzori RFID (atașați pe saci sau coșuri mobile) pentru a detecta și identifica tipurile de deșeuri, măsoară nivelul de umplere, evaluează greutatea și pot chiar detecta prezența compușilor organici volatili, indicând contaminarea. De asemenea, vehiculele de colectare a deșeurilor vor fi dotate cu camere pentru identificarea materialelor, prevenind contaminarea fluxurilor reciclabile.
Dispozitivele IoT transmit date în timp real către o platformă centralizată care analizează informațiile și facilitează gestionarea eficientă a procesului de colectare. Acest sistem permite optimizarea rutelor de colectare, reducerea costurilor operaționale și promovarea unei reciclări corecte, contribuind astfel la îmbunătățirea sustenabilității și la utilizarea eficientă a resurselor.
Fig.3 Eficiența în gestionarea deșeurilor constă în implementarea senzorilor IoT pentru a optimiza rutele și a reduce costurile operaționale.
Pentru dezvoltarea unei infrastructuri eficiente, digitalizarea coșurilor de gunoi reprezintă primul pas esențial. Implementarea tehnologiei IoT presupune echiparea acestora cu senzori avansați care colectează informații relevante, precum:
Senzori de nivel - monitorizează gradul de umplere al coșurilor sau pubelelor.
Senzori de presiune sau cântare - măsoară greutatea deșeurilor colectate.
Senzori RFID - identifică utilizatorii unici sau tipurile de deșeuri, asigurând trasabilitatea acestora.
Senzori olfactivi - detectează mirosurile și identifică posibila contaminare a deșeurilor.
Această infrastructură inteligentă oferă o bază solidă pentru gestionarea eficientă și sustenabilă a deșeurilor.
Dezvoltarea proiectului din punct de vedere hardware
Tehnologie IoT utilizată: Senzorii de nivel joacă un rol esențial în monitorizarea gradului de umplere a coșurilor de gunoi. Aceștia folosesc tehnologii variate, precum ultrasunete, presiune sau senzori capacitivi, pentru a detecta și măsura cu precizie nivelul deșeurilor din recipientele de colectare.
Senzori cu ultrasunete: Acești senzori funcționează prin emiterea unor unde sonore de înaltă frecvență, care se reflectă de suprafața deșeurilor din coș. Timpul necesar pentru ca undele să se întoarcă la senzor este măsurat și utilizat pentru a calcula distanța până la suprafața deșeurilor, determinând astfel nivelul de umplere a recipientului.
Colectare optimizată: Senzorii de nivel furnizează informații în timp real despre gradul de umplere a coșurilor, permițând planificarea eficientă a rutelor de colectare. Astfel, se evită colectările inutile, economisindu-se timp și resurse.
Reducerea costurilor: Prin ajustarea rutelor de colectare în funcție de datele privind nivelurile de umplere, companiile reduc cheltuielile operaționale, precum consumul de combustibil și costurile de manoperă, eliminând vizitele la coșuri care nu necesită golire.
Creșterea sustenabilității: O frecvență redusă a colectărilor înseamnă o amprentă de carbon mai mică datorată transportului deșeurilor. În plus, gestionarea eficientă a resurselor sprijină tranziția către o economie circulară durabilă.
Feedback pentru utilizatori: Integrarea senzorilor cu aplicații mobile sau platforme online permite utilizatorilor să vadă cât de frecvent sunt golite coșurile. Acest lucru nu doar că îmbunătățește transparența, dar și încurajează comportamente responsabile în gestionarea deșeurilor.
Senzori de Presiune: Acești senzori detectează greutatea deșeurilor prin măsurarea presiunii exercitate asupra unei suprafețe specifice. Pe măsură ce coșul se umple și greutatea crește, senzorul înregistrează aceste schimbări și transmite datele către o platformă centralizată pentru analiză.
Monitorizarea Greutății: Acești senzori oferă date precise despre cantitatea de deșeuri colectată, facilitând evaluarea performanței programelor de reciclare și gestionare a deșeurilor.
Eficiența Colectării: Informațiile privind greutatea permit optimizarea rutelor de colectare, acordând prioritate zonelor cu cantități mai mari de deșeuri. Acest lucru reduce consumul de resurse și crește eficiența operațiunilor.
Senzorii RFID (etichete) folosesc unde radio pentru a comunica cu etichetele RFID aplicate pe diferite tipuri de ambalaje, cum ar fi plastic, hârtie sau metal. Când un obiect etichetat este plasat într-un coș de gunoi, senzorul RFID citește informațiile de pe etichetă, inclusiv tipul materialului și alte caracteristici relevante.
De asemenea, senzorii RFID (pe saci sau coșuri mobile) folosesc unde radio pentru a interacționa cu etichetele RFID aplicate pe saci de culori specifice, de exemplu, galben pentru plastic, albastru pentru hârtie și negru pentru gunoi menajer. Atunci când coșurile de gunoi sunt echipate cu etichete RFID, se facilitează identificarea proprietarului și aplicarea taxelor pentru deșeurile produse.
Fig.4 Implementarea hardware și instalarea senzorilor IoT (senzor RFID- scanare cod/chip)
Precizie: Tehnologia RFID garantează o identificare exactă a materialelor, minimizând riscul de a amesteca deșeurile reciclabile cu cele necorespunzătoare.
Senzori pentru identificarea mirosurilor: Acești senzori detectează compușii organici volatili (COV) care sunt eliberați de deșeurile contaminate. Prin identificarea mirosurilor caracteristice asociate cu deșeurile periculoase sau în descompunere, sistemul poate separa aceste deșeuri de cele reciclabile. Astfel, deșeurile contaminate sunt direcționate automat către o zonă specială pentru gestionare adecvată, prevenind contaminarea altor materiale reciclabile.
Funcționarea senzorilor (SGP40): Senzorii de identificare a mirosurilor utilizează tehnologii de analiză chimică pentru a detecta molecule specifice emise de deșeuri contaminate, cum ar fi solvente, pesticide sau alte substanțe chimice periculoase. Când acești compuși sunt identificați, senzorii transmit un semnal special, iar coșul sau pubela respectivă va fi tratată separat.
Separarea deșeurilor contaminate de cele reciclabile sporește calitatea materialelor reciclate.
Principiu de Funcționare: Senzorii optici utilizează tehnologia de analiză vizuală, bazată pe un sistem de camere și algoritmi de procesare a imaginii pentru a evalua caracteristicile fizice ale materialelor. Acești senzori pot identifica culori, forme și texturi, facilitând clasificarea materialelor în funcție de tipul lor. Algoritmii de Inteligență Artificială (AI) și Învățare Automată (ML) au evoluat astfel încât să poată recunoaște și clasifica obiectele de interes în doar câteva secunde. Acest software poate funcționa în timp real pe plăci hardware dedicate, precum Raspberry Pi, NVIDIA Jetson Nano sau XIAO-ESP32.
Fig.5 Implementarea hardware și instalarea camerelor video
Fig.6 Procesarea video în timp real - recunoaștere de deșeuri (EDGE AI-ML)
Flexibilitate: Senzorii optici pot analiza o varietate de materiale, distingând între diferite tipuri de plastic, hârtie și metal, și clasificând obiectele în funcție de materialul din care sunt realizate.
Tehnologiile IoT (senzori de nivel, RFID, olfactivi, optici și cântare) colaborează pentru a dezvolta un sistem integrat de gestionare a deșeurilor. Prin colectarea datelor precise și în timp real, acest sistem garantează separarea corectă a materialelor reciclabile, optimizând procesul de colectare și reciclare.
Fig.7 Funcționalitatea unui sistem IoT de management al deșeurilor
Coșurile inteligente sunt concepute pentru a rezista la condiții meteorologice variate și pentru a funcționa eficient în orice mediu.
Caracteristicile tehnice includ:
Materiale rezistente: Coșurile sunt realizate din materiale durabile, cum ar fi oțel inoxidabil sau plastic reciclabile, oferind o durabilitate crescută și reducând necesitatea de înlocuire.
Unități de comunicare: Fiecare coș este echipat cu module de conectivitate (WiFi, LTE, LoRaWAN) pentru a transmite date în timp real către platforma centralizată de gestionare.
Platforma cloud reprezintă centrul sistemului, colectând și analizând datele transmise de coșurile inteligente. Printre funcționalitățile platformei se numără:
Fig.8 Trimiterea gradului de umplere în timp real
Fig.9 Identificarea zonelor și cartierelor aglomerate
Fig.10 Identificarea rutelor de colectare optime (consum/timp)
Un exemplu notabil al succesului soluției de management al deșeurilor este orașul Praga, Cehia, unde tehnologia IoT a fost implementată cu succes atât pentru pubelele de suprafață, cât și pentru cele îngropate. În ultimii șase ani, au fost instalați peste 3924 de senzori de nivel.
Fig.11 Platforma de gestionare inteligentă a deșeurilor WMS
Economii semnificative de costuri:
Economii anuale: \$156 per senzor (3.649 CZK);
Prevenirea colectărilor inutile:
Creșterea nivelului mediu de umplere la colectarea deșeurilor de la 45% la 63%
Analiză completă a datelor despre producția de deșeuri și nivelurile de umplere a containerelor;
Optimizarea rutelor de colectare a deșeurilor;
Singapore reprezintă un exemplu remarcabil de bune practici în gestionarea deșeurilor și în implementarea unei strategii zero-deșeuri, esențială în contextul limitării spațiului disponibil pentru gropile de gunoi. Având în vedere că Semakau Landfill, singura groapă de gunoi din țară, va atinge capacitatea maximă până în 2035, guvernul a adoptat măsuri ambițioase pentru a reduce cantitatea de deșeuri cu 30% până în 2030.
Fig.12 Gestionarea inteligență prin tehnologie și responsabilitate socială
Inițiative precum programul Recycle Right educă cetățenii cu privire la importanța reciclării corecte, iar măsuri inovative, precum taxa pe pungi de unică folosință și sistemul de returnare a recipientelor pentru băuturi, încurajează reducerea deșeurilor și implicarea activă a populației. Instalarea automatelor Reverse Vending facilitează reciclarea, oferind recompense financiare și simplificând procesul pentru utilizatori.
Acest model de gestionare inteligentă a deșeurilor, bazat pe tehnologii avansate și politici progresive, arată cum un oraș poate răspunde provocărilor legate de sustenabilitate și poate construi o economie circulară eficientă. Exemplul Singapore poate inspira alte orașe care doresc să adopte strategii similare.
Implementarea acestei soluții IoT în gestionarea deșeurilor aduce multiple avantaje:
Reducerea deșeurilor: Prin separarea automată a materialelor și optimizarea proceselor de colectare, sistemul facilitează reciclarea eficientă, contribuind la reducerea cantității de deșeuri ce ajung la gropile de gunoi.
Reducerea emisiilor de carbon: Rutele de colectare optimizate pentru vehicule contribuie la scăderea emisiilor de gaze cu efect de seră.
Implicarea comunității: Cetățenii devin mai conștienți de importanța reciclării și gestionării corespunzătoare a deșeurilor, îmbunătățindu-și comportamentele ecologice.
Soluțiile IoT pentru gestionarea deșeurilor sunt esențiale în tranziția către o economie circulară. Prin implementarea tehnologiilor avansate, orașele pot revoluționa modul în care gestionăm deșeurile, creând un sistem mai eficient, sustenabil și conștient de impactul asupra mediului. Un proiect inteligent de monitorizare IoT este conceput pentru a sprijini orașele în atingerea obiectivelor, cum ar fi Planul Zero Deșeuri sau Neutralitatea Climatică (M100). Implicarea cetățenilor și educarea acestora în privința reciclării sunt factori esențiali pentru succesul acestei inițiative. Prin colaborarea autorităților locale, a comunităților și a tehnologiilor inovative, putem construi un viitor mai verde și mai sustenabil.
de Ovidiu Mățan
de Ovidiu Mățan
de Ovidiu Mățan
de Ovidiu Mățan
