Autor: Luchiian Alexandru – Specialist Sisteme Inteligente/
Fondator proiecte de mediu ce folosesc tehnologia IoT
Într-o eră în care resursele naturale se împuținează și poluarea atinge cote alarmante, economia circulară emerge ca un răspuns inovator și necesar. Aceasta nu este doar o strategie de gestionare a resurselor, ci o filozofie care transformă modul în care concepem economia. De la producție și consum la reciclare și reutilizare, economia circulară promovează un ciclu închis care minimizează deșeurile și maximizează valoarea resurselor.
La nivel mondial, estimările sugerează că doar 9% din totalul deșeurilor generate sunt reciclate, ceea ce subliniază urgența de a dezvolta soluții eficiente pentru gestionarea deșeurilor. În acest context, Internetul Lucrurilor (IoT) devine un instrument vital, transformând orașele în ecosisteme inteligente care optimizează fiecare aspect al gestionării deșeurilor.
În secolul 21, orașele se confruntă cu provocări majore în ceea ce privește gestionarea deșeurilor, datorită creșterii populației și consumului crescut de resurse. Până în 2050 populația lumii va ajunge la 10 miliarde din care 70% vor trăi în orașe și zone rurale. Economia circulară propune un model alternativ, care valorifică resursele și minimizează deșeurile prin reutilizare, reciclare și reducerea consumului.
Utilizarea tehnologiei actuale pentru măsurare, monitorizare și predicție poate juca un rol esențial în găsirea de soluții inteligente sustenabile pentru gestionarea deșeurilor, reducând atât impactul asupra mediului, cât și costurile operaționale.
Astfel utilizarea soluțiilor IoT (Internet of Things) în gestionarea deșeurilor nu doar că optimizează procesul, ci și transformă modul în care comunitățile percep și interacționează cu gestionarea deșeurilor. Această abordare inovatoare îmbină tehnologii de monitorizare inteligentă, analiză de date în timp real și procese automatizate pentru a aduce o eficiență sporită în fiecare etapă a gestionării deșeurilor – de la colectare și transport, până la reciclare și eliminare.
Fig.1 Digitalizarea sistemului de gestioare a deșeurilor este soluția pentru o materie prima secundară de o calitate superioară
Prin integrarea senzorilor IoT în coșurile de gunoi , în punctele de colectare și chiar în mașinile de colectare, se pot obține informații precise despre tipul și cantitatea de deșeuri, nivelul de umplere, starea de contaminare și chiar locația exactă a fiecărui recipient. Aceste date sunt transmise către o platformă centralizată, unde sunt analizate pentru a furniza insight-uri utile operatorilor, ajutându-i să ia decizii rapide și informate. Pe lângă reducerea costurilor și a impactului asupra mediului, această soluție IoT contribuie la educarea comunităților, care pot urmări în timp real statusul colectării și reciclarii, participând astfel activ la proces.
În acest articol, vom explora o soluție tehnică completă pentru gestionarea inteligentă a deșeurilor, detaliind modul de funcționare al fiecărui component IoT – de la senzori de identificare a materialelor și de detectare a mirosurilor, la senzori de nivel și dispozitive de cântărire. Vom analiza fiecare tehnologie, avantajele sale specifice și felul în care toate aceste elemente colaborează pentru a transforma un sistem clasic de gestionare a deșeurilor într-un ecosistem inteligent și integrat.
Fapt concret: Conform unui studiu recent, orașele care au implementat soluții IoT pentru gestionarea deșeurilor au raportat o reducere cu 30% a costurilor de colectare și o creștere de 20% a ratelor de reciclare.
1. Corelarea dintre economie circulară și deșeuri
Legătura dintre economia circulară și gestionarea inteligentă a deșeurilor este fundamentală, deoarece ambele concepte se concentrează pe reducerea risipirii resurselor și pe creșterea sustenabilității. Economia circulară promovează un sistem în care resursele sunt utilizate cât mai eficient, iar materialele și produsele sunt refolosite sau reciclate, menținând astfel valoarea lor în circuitul economic cât mai mult timp posibil. Acest model economic reprezintă o alternativă la abordarea tradițională de tip „take-make-dispose” (preia-produce-aruncă), care duce la epuizarea resurselor și la crearea unor cantități mari de deșeuri.
Astfel, gestionarea inteligentă a deșeurilor devine un instrument practic pentru implementarea principiilor economiei circulare. Prin identificarea materialelor, măsurarea și monitorizarea lor constantă, sistemele IoT contribuie la crearea unui flux de resurse reciclabile curate, care pot fi reintegrate în producție. În plus, soluțiile IoT sprijină reutilizarea, prin identificarea deșeurilor potrivite pentru recuperare și prin reducerea deșeurilor inutile. Aceasta optimizează procesele de reciclare și reduce nevoia de extragere a resurselor naturale, scăzând astfel impactul asupra mediului și stimulând sustenabilitatea pe termen lung.
Doar in 2021 omenirea a generat o cantitate record de deseuri formate din echipamente electronice la nivel mondial de 57.4 milioane tone.
Fig.2 Un model sustenabil în care resursele sunt valorificate la maximum, deșeurile sunt minimizate, iar natura este protejată.
2. Descrierea Soluției Tehnice IoT pentru Gestionarea Deșeurilor
Soluția propusă constă în instalarea unor coșuri inteligente de gunoi echipate cu tehnologii avansate de monitorizare și comunicare, capabile să detecteze și să identifice tipurile de deșeuri prin senzori RFID (lipiți pe saci sau coșuri mobile) , să măsoare nivelul de umplere, să evalueze greutatea și chiar să detecteze prezența compușilor organici volatili pentru a identifica deșeurile contaminate. easemenea mașinile ce colectează gunoiul vor avea camera de identificare a deșeurilor pentru evitarea contaminării.
Aceste dispozitive IOT trimit date în timp real către o platformă centralizată, care analizează informațiile și permite gestionarea eficientă a colectării. Astfel, soluția ajută la optimizarea rutelor de colectare, la reducerea costurilor și la îmbunătățirea sustenabilității prin promovarea reciclării corecte.
Fig.3 Eficiența în gestionarea deșeurilor constă în implementarea senzorilor IoT pentru a optimiza rutele și a reduce costurile operaționale.
2.1 Dezvoltarea infrastructurii
Pentru construcția unei infrastructuri spreciale, digitalizarea coșurilor de gunoi ar fi primul pas, astfel implementarea tehnologiei IoT constă în echiparea acestora cu senzori ce culeg informații:
1. Senzori de Nivel (detecția nivelului de deșeuri din coșurile sau pubelele de gunoi)
2. Senzori de Presiune/Cantar (detecția greutății deșeului din coșurile sau pubelelor destinate colectării)
3. Senzori RFID (identificare clientului unic sau tipului de deșeu din coșurile sau pubelele destinate colectării)
4. Senzori Olfactivi (detective mirosurilor și depistarea contaminării din coșurile sau pubelele destinate colectării)
5. Senzori Optici (identificare vizuală a deșeurilor din cuva mașinilor destinate colectării)
2.2 Dezvoltarea proiectului din punct de vedere hardware
Tehnologie IOT Utilizată: Senzorii de nivel sunt dispozitive esențiale care monitorizează umplerea coșurilor de gunoi. Acești senzori pot utiliza tehnologii diverse, cum ar fi ultrasunetele, presiunea sau tehnologia capacitivă, pentru a determina nivelul de umplere al deșeurilor din coșuri.
2.2.1 Senzori Ultrasunete
Senzori Ultrasunete: Acești senzori emit 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, iar acest timp este utilizat pentru a calcula distanța până la suprafața deșeurilor. Astfel, se determină nivelul de umplere.
Fig.4 Implementarea hardware și instalarea senzorilor IoT (senzor nivel-ultrasunete)
Beneficiile Senzorilor de Nivel
Colectare Eficientă: Senzorii de nivel permit operatorilor de gestionare a deșeurilor să primească informații în timp real despre nivelul de umplere al coșurilor. Acest lucru ajută la programarea eficientă a colectării, evitând colectările inutile și economisind timp și resurse.
Reducerea Costurilor: Prin optimizarea rutelor de colectare pe baza datelor despre nivelurile de umplere, companiile pot reduce costurile operaționale. De exemplu, evitând vizitele la coșuri care nu sunt pline, se economisesc costuri cu combustibilul și manopera.
Îmbunătățirea Sustenabilității: Prin reducerea frecvenței de colectare, se reduce și amprenta de carbon asociată cu transportul deșeurilor. În plus, gestionarea eficientă a resurselor contribuie la o economie circulară mai robustă.
Feedback pentru Utilizatori: Senzorii de nivel pot fi integrați în aplicații mobile sau platforme online, oferind utilizatorilor informații despre cât de des sunt golite coșurile. Aceasta nu doar că îmbunătățește experiența utilizatorului, dar promovează și comportamente responsabile de gestionare a deșeurilor.
Date Analitice: Colectarea de date de la senzorii de nivel poate ajuta operatorii să analizeze tendințele de utilizare a coșurilor de gunoi, să identifice zonele cu cele mai mari volume de deșeuri și să facă ajustări în consecință. Aceste date pot fi esențiale pentru planificarea infrastructurii și a resurselor în viitor.
2.2.2 Senzori de Presiune / Cântar
Senzori de Presiune: Acești senzori măsoară presiunea exercitată de greutatea deșeurilor. Pe măsură ce coșul se umple, presiunea crește, iar senzorul poate trimite date către platforma centrală.
Fig.5 Implementarea hardware și instalarea senzorilor IoT (senzor presiune- cântar)
Beneficiile senzorilor de presiune
Determinarea Greutății: Prin cântărirea deșeurilor, sistemul poate oferi date exacte despre volumul de material reciclat, ajutând la evaluarea eficienței programelor de reciclare și gestionare a deșeurilor.
Optimizarea Colectării: Informațiile despre greutate pot fi utilizate pentru a ajusta rutele de colectare, astfel încât echipele să se concentreze pe zonele cu cele mai mari volume de deșeuri, economisind timp și resurse.
Informații pentru Utilizatori: Datele despre greutatea deșeurilor pot fi transmise către aplicația mobilă, permițând utilizatorilor să urmărească impactul reciclării lor și să primească feedback despre modul în care pot reduce deșeurile.
2.2.3 Senzori RFID (Radio Frequency Identification)
Senzorii RFID(etichete) utilizează unde radio pentru a comunica cu etichetele RFID plasate pe diverse tipuri de ambalaje (de exemplu, plastic, hârtie, metal). Când un obiect etichetat este introdus în coșul de gunoi, senzorul RFID citește informațiile de pe etichetă, inclusiv tipul materialului și alte caracteristici.
Senzorii RFID(saci sau cosuri mobile) utilizează unde radio pentru a comunica cu etichetele RFID plasate pe saci de culori specifice (galben pentru plastic, albastru pentru hârtie și negru pentru gunoi menajer). Dacă coșurile de gunoi ai etichete RFID, va fi mai ușor de identificat proprietarul și taxat pentru deșeurile produse.
Fig.6 Implementarea hardware și instalarea senzorilor IoT (senzor RFID- scanare cod/chip)
Beneficiile senzorilor RFID:
Precizie: Această tehnologie asigură o identificare precisă a materialelor, reducând riscul de amestecare a deșeurilor reciclabile cu cele necorespunzătoare.
Eficiență: Coșurile inteligente pot fi configurate să reacționeze automat, dacă tagurile RFID sunt pe saci atunci mașînă de colectare va gestiona selecția deșeurilor, dacă sunt montate pe coșurile de gunoi, informațiile despre deșeurile colectate vor fi trecute in contul proprietarului/clientului.
2.2.4 Senzori olfactive(calitate aer) de detectare a mirosurilor COV
Senzori de identificare a mirosurilor: Acești senzori detectează compușii organici volatili (COV) care emană din deșeuri contaminate. Prin identificarea mirosurilor specifice asociate cu deșeurile periculoase sau degradante, sistemul poate separa aceste deșeuri de cele reciclabile. Astfel, deșeurile contaminate sunt trimise automat către o zonă dedicată pentru gestionare specializată, prevenind contaminarea altor tipuri de materiale reciclabile.
Funcționarea senzorilor (SGP40): Senzorii de identificare a mirosurilor folosesc tehnologia de analiză chimică pentru a detecta moleculele specifice care sunt emise de deșeuri contaminate, cum ar fi cele de tipul solventelor, pesticidelor sau altor substanțe chimice periculoase. Atunci când sunt detectați anumiți compuși, senzorii vor trimite un semnal specific și coșul sau pubelă respectivă va fi tratată separat.
Fig.7 Implementarea hardware și instalarea senzorilor IoT (senzor calitate aer- COV)
Beneficiile senzorilor :
· separarea deșeurilor contaminate de cele reciclabile îmbunătățește calitatea materialelor reciclate,
· contribuie și la protejarea sănătății publice și a mediului
2.2.5 Senzori optici(camere video) de recunoastere deseuri
Principiu de Funcționare: Senzorii optici folosesc tehnologia de analiză vizuală, prin care un sistem de camere și algoritmi de procesare a imaginii evaluează caracteristicile fizice ale materialelor. Acești senzori pot identifica culori, forme și texturi, permițând clasificarea materialelor în funcție de tipul lor. Algoritmii AI/ML (Inteligență Artificială) au ajuns la maturitatea de a recunoaște și clasifică în câteva secunde obiectele de interes și acest software poate rula în timp real pe plăci hardware dedicate precum Raspberry Pi,NVIDIA Jetson Nano sau XIAO-ESP32.
Fig.8 Implementarea hardware și instalarea camerelor video
Fig.9 Procesarea video în timp real – recunoaștere deșeuri (EDGE AI-ML)
Beneficii:
· Flexibilitate: Senzorii optici pot analiza o gamă largă de materiale, fiind capabili să distingă între diferite tipuri de plastic, hârtie și metal, clasificand obiectele după materialul din care sunt confecționate.
· Răspuns Rapid: Aceștia oferă feedback în timp real, permițând separarea imediată a materialelor, astfel încât să se evite contaminarea loturilor de reciclare
Integrarea Tehnologiilor
Toate aceste tehnologii IOT (senzori de nivel, senzori RFID, senzori olfactivi, senzori optici și cântare) lucrează împreună pentru a crea un sistem holistic de gestionare a deșeurilor. Prin colectarea de date precise și în timp real, sistemul poate asigura separarea corectă a materialelor reciclabile, optimizând procesele de colectare și reciclare.
Fig.10 Funcționalitatea unui sistem IoT de management al deșeurilor
Coșurile inteligente sunt proiectate să fie rezistente la intemperii și să funcționeze în diverse condiții meteorologice. Specificațiile tehnice includ:
Materiale durabile: Coșurile sunt fabricate din materiale rezistente, cum ar fi oțel inoxidabil sau plastic reciclabil, asigurându-se o durabilitate sporită și reducerea necesarului de înlocuire.
Unități de comunicare: Fiecare coș este echipat cu module de conectivitate (WiFi, LTE, LoRaWAN) pentru a transmite datele în timp real către platforma de gestionare.
Baterie solară: Pentru a asigura funcționarea continuă, coșurile pot fi echipate cu panouri solare, care alimentează senzorii și modulele de comunicare.
2.2. Dezvoltarea din punct de vedere software
Platforma cloud este inima sistemului, care colectează și analizează datele provenite de la coșurile inteligente. Funcționalitățile platformei includ:
Monitorizarea în timp real: Coșurile trimite date continuu, iar platforma centrală oferă o interfață de utilizare care permite vizualizarea informațiilor într-un format ușor de înțeles. Operatorii pot vedea, de exemplu, câte coșuri sunt pline, câte sunt aproape de a se umple și câte sunt goale.
Fig.11 Trimiterea gradului de umplere în timp real
Analiză de date: Platforma analizează datele colectate pentru a identifica modele de utilizare, precum orele de vârf pentru umplerea coșurilor. Aceste informații pot ajuta la ajustarea frecvenței de colectare și la identificarea zonelor care necesită mai multe coșuri.
Fig.12 Identificarea zonelor si cartierelor aglomerate
Automatizarea rutelor de colectare: Folosind algoritmi avansați, platforma calculează rutele cele mai eficiente pentru vehiculele de colectare, economisind timp și resurse. Acest lucru se traduce prin reducerea costurilor operaționale și diminuarea emisiilor de carbon.
Fig.13 Identificarea rutelor de colectare optime (consum/timp)
3. Modele de succes al aplicării soluției IoT
3.1 Praga, Cehia - Europa
Un rezultat remarcabil obținut prin implementarea soluției de management al deseurilor este orașul Praga, Cehia, unde soluția IoT a fost implementată cu success atât la pubelele de suprafață cât și cele îngropate , unde în ultimii 6 ani au fost instalați peste 3924 senzori de nivel.
Fig.14 Platforma de gestionare inteligență a deșeurilor WMS
Realizări cheie:✅ Economii semnificative de costuri:
Economii anuale: $156 per senzor (3.649 CZK)
Economii anuale potențiale totale pentru toate cele 3.294 de senzori: Aproximativ $513.864
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
✅ Reducerea incidentelor de depășire a capacității containerelor
3.2 Singapore – Asia
Singapore oferă un exemplu remarcabil de bune practici în gestionarea deșeurilor și adoptarea unei strategii zero-deșeuri, un pas necesar în fața limitărilor spațiului disponibil pentru gropile de gunoi. Având în vedere că Semakau Landfill, singura groapă de gunoi din țară, este prognozată să ajungă la capacitate maximă până în 2035, guvernul a implementat măsuri ambițioase pentru a reduce cantitatea de deșeuri cu 30% până în 2030.
Fig.15 Gestionarea inteligență prin tehnologie și reponsabilitate socială
Inițiative precum programul Recycle Right educă populația despre importanța reciclării corecte, în timp ce măsuri inovatoare, precum taxa pe pungi de unică folosință și schema de returnare a recipientelor pentru băuturi, stimulează reducerea deșeurilor și participarea activă a cetățenilor. Instalarea automatelor Reverse Vending facilitează reciclarea, oferind beneficii financiare și simplificând procesul pentru utilizatori.
Acest model de gestionare inteligentă a deșeurilor, bazat pe tehnologii inovatoare și politici progresive, demonstrează cum un oraș poate răspunde provocărilor legate de sustenabilitate și poate construi o economie circulară eficientă. Exemplul Singapore poate servi drept sursă de inspirație pentru alte orașe care își propun să adopte strategii similare.
4. Beneficiile Economiei Circulare și Impactul Sustenabil
Implementarea acestei soluții IoT în gestionarea deșeurilor aduce numeroase beneficii:
Reducerea deșeurilor: Prin separarea automată a deșeurilor și optimizarea proceselor de colectare, sistemul ajută la reciclarea materialelor la o calitate mai înaltă, reducând cantitatea de deșeuri care ajunge la gropile de gunoi.
Reducerea emisiilor de carbon: Rutele optimizate pentru vehiculele de colectare contribuie la diminuarea emisiilor de gaze cu efect de seră.
Implicarea comunității: Cetățenii devin mai conștienți de importanța reciclării și a gestionării deșeurilor, ceea ce le îmbunătățește comportamentele ecologice.
Economia locală: Sistemul de recompense stimulează comerțul local și încurajează afacerile să se implice în practici sustenabile.
Concluzie
Soluțiile IoT pentru gestionarea deșeurilor reprezintă un pas esențial în direcția unei economii circulare. Prin utilizarea tehnologiilor avansate, orașele pot transforma modul în care gestionăm deșeurile, creând un sistem mai eficient, mai sustenabil și mai conștient de impactul asupra mediului. Un proiect inteligent de monitorizare IoT este conceput pentru a sprijini orașele în atingerea obiectivelor propuse, cum ar fi Planul Zero Deșeuri sau de Neutralitate Climatică (M100).Implicarea cetățenilor și educarea acestora despre reciclare sunt vitale pentru succesul acestei inițiative. Prin colaborarea dintre autoritățile locale, comunități și tehnologii inovatoare, putem construi un viitor mai verde și mai sustenabil.
Comentarios