Gebrauchte Elektronikgeräte sind Rohstoffquellen. Rohstoffarme Länder wie Deutschland müssen sich überlegen, wie sie die Wertstoffkreisläufe schließen und Ressourcen gebrauchen, statt sie zu verbrauchen. Eine Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS in Alzenau und Hanau beschäftigt sich mit Technologien für Rohstoffgewinnung und Recycling.
Elektromotoren oder Windräder werden durch starke Permanentmagnete angetrieben. Die leistungsstärksten Exemplare basieren auf den Seltenen Erden Neodym und Dysprosium. Ein neues Verfahren von Fraunhofer-Forschern ermöglicht es künftig, das Werkstoffgemisch schnell und kostengünstig zu recyceln.
Erster Magnet erfolgreich recycelt
Bislang heißt das: Sie ziehen die einzelnen Seltenen Erden aus dem Magneten wieder heraus. Das ist jedoch sehr aufwendig und kostenintensiv. Einen anderen Ansatz verfolgen Wissenschaftler der Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS in Alzenau und Hanau des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC. „Statt jede Seltene Erde einzeln wiederzugewinnen, recyceln wir den kompletten Werkstoff, also den gesamten Magneten – und das in wenigen Schritten“, erläutert Oliver Diehl, Wissenschaftler in der Projektgruppe IWKS. „Der Prozess ist deutlich einfacher und effizienter, denn die Zusammensetzung des Materials ist bereits wie gewünscht.“
Bis dato lassen sich die Magnete jedoch nur schwer aus den Motoren entfernen. Die Wissenschaftler entwickeln daher mögliche Wege für eine Rücklaufkette von Altmotoren, ebenso wie für eine demontagegerechte Konstruktion: Wie ließen sich die Motoren alternativ aufbauen, so dass die Magnete später leicht ausgebaut werden können? Welche Kosten entstehen, ist momentan noch schwer zu beantworten: „Der zu erwartende finanzielle Vorteil bei der Wiederverwertung der Magnete hängt nicht nur vom Recyclingprozess ab, sondern auch von der Preisentwicklung der Seltenen Erden“, sagt Diehl. „Je höher die Rohstoffpreise für Seltene Erden sind, desto mehr lohnt es sich, auf die bereits vorhandenen Materialien zurückzugreifen.“
Gesucht: geeigneter Recyclingprozess
In modernen Leuchtmitteln sind unterschiedliche Materialien verbaut: Glas oder Kunststoff im Gehäuse, Keramik oder Aluminium im Kühlkörper, Kupfer in Widerständen oder Kabeln – und das Wertvollste im Innern der Leuchtdioden, kurz LEDs: Indium und Gallium in der Halbleiterdiode und Seltene Erden wie Europium oder Terbium im Leuchtstoff. Die Dioden herzustellen ist deswegen vergleichsweise teuer, die Margen sind gering. „Schon jetzt fallen bei den Recyclern erste LED-Produkte an, die derzeit nur gelagert werden und für die es keinen geeigneten Recyclingprozess gibt. Ziel ist es vor allem, die wertvollen Materialien zurückzugewinnen. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis die Verwerter auf das LED-Recycling umsteigen müssen“, sagt Jörg Zimmermann aus der Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS in Alzenau und Hanau des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC.
Komponenten mit Druckwellen ablösen
Mithilfe der „elektrohydraulischen Zerkleinerung“ zerlegen die Forscher die LED-Leuchtmittel in ihre Einzelteile, ohne dabei die LEDs selbst zu zerstören. Druckwellen elektrischer Impulse lösen in einem Wasserbad die einzelnen Komponenten mechanisch exakt an ihren Sollbruchstellen ab. Die Bauteile können separat wiederverwertet werden.
Die Bauteile sauber und rein zu trennen, ist Voraussetzung dafür, den Recyclingprozess wirtschaftlich zu gestalten. „Um alle Komponenten eines LED-basierten Leuchtmittels effizient zu separieren und wiederzuverwerten, bedarf es eines völlig anderen Zerkleinerungskonzepts, welches zu größeren Mengen an Halbleiter- und Leuchtstoff-Komponenten führt“, so Zimmermann. Würde man den Retrofit als Ganzes zerkleinern, wäre es um ein Vielfaches schwerer, die unterschiedlichen Stoffe in der klein gemahlenen Mischung zu sortieren. Durch das Auftrennen in die einzelnen Komponenten lassen sich auch größere Mengen der in ihnen enthaltenen Stoffe leichter zurückgewinnen: Dies gelingt, indem man viele ähnliche Komponenten sammelt, in denen die Konzentration einzelner Stoffe bereits höher ist. „Für Recycler und Hersteller lohnt sich das Wiederverwerten nur, wenn sie größere Mengen verwerten“, beschreibt Zimmermann.
Die elektrohydraulische Zerkleinerung soll nun im Detail weiter analysiert, verbessert und für weitere Anwendungen ausgeweitet werden. „Mit unserer Forschungsarbeit haben wir gezeigt, dass das mechanische Trennen ein möglicher Weg ist, um zum wirtschaftlichen Recycling von LEDs beizutragen“, so Zimmermann. sas
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