Metalle recyceln statt Bodenschätze abbauen – mit laserbasierter Sensortechnik

Werkstoffe 08. 04. 2021
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Um die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie in puncto Rohstoffversorgung zu stärken, entwickelten das Fraunhofer-Insti­tut für Lasertechnik ILT und die Cronimet Ferroleg. GmbH im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts PLUS gemeinsam ein laserbasiertes Sortierverfahren für Metallschrott. Ein neuer Sensor macht das Recycling von metallischen Rohstoffen dabei um ein Vielfaches effizienter, als es bislang möglich war. Einen Schritt weiter geht das EU-Projekt REVaMP. Darin bringen die Experten des Fraunhofer ILT ihre Expertise seit Januar 2020 im Bereich der Materialanalytik auch auf europäischer Ebene ein und leisten damit einen wichtigen internationalen Beitrag zur langfristigen Sicherung einer ressourcen­effizienten Rohstoffversorgung.

Die Entwicklung von laserbasierter Sensortechnik verbessert das zukünftige Metallrecycling; ein Ziel: die Steigerung der Ressourceneffizienz von Unternehmen (© Cronimet Ferroleg. GmbH, Karlsruhe)

 

Der Produktionsstandort Deutschland und damit auch unser gesellschaftlicher Wohlstand hängen in hohem Maß von der Verfügbarkeit metallischer Rohstoffe wie Chrom, Nickel, Kupfer oder Kobalt ab. Aufgrund der weltweit steigenden Nachfrage sind diese allerdings ein zunehmend knappes Gut. Eine entscheidende Rolle kommt deshalb dem Materialrecycling zu. Aufgrund des Mangels an Bodenschätzen handelt es sich dabei um die wichtigste Bezugsquelle für metallische Rohstoffe in Deutschland und Europa.

Bessere Bilanz – ­ökologisch und ökonomisch

Vorteil des Materialrecyclings: ­Gebrauchte, nicht mehr verwendbare Metallschrotte wie Rohre, Bleche, Werkzeuge, Altkabel, Elek­tro- und Elektronikschrott sowie alte Teile aus Haushalt oder Abbruch können sortenrein nahezu ohne Qualitätsverlust eingeschmolzen und wiederverwendet werden. Das Verfahren trägt sich aufgrund des hohen Werts der Materialien im Idealfall von allein – und produziert deutlich weniger CO2 als der Primärprozess: Die teure, weil technisch aufwändige Förderung von Bodenschätzen unter teils höchst kritischen Rahmenbedingungen sowie deren Transport an Bestimmungsorte rund um den Globus entfällt.

Die Krux: Sowohl der Preis und die Verfügbarkeit von Metallschrotten als auch deren Recyclingquote sind von zahlreichen Faktoren abhängig, die sich gegenseitig bedingen. Dazu gehören schwankende Preise am Primärmarkt, der Lebenszyklus von Produkten und deren Sammelquote, Verluste im Prozess, die technische Recyclingfähigkeit sowie die Wertigkeit der jeweiligen Legierung. Entsprechend volatil sind die globalen Märkte. Steigt der Preis für Primärmetalle, sinkt die Verfügbarkeit von Schrotten und anders herum. Das birgt für Unternehmen hohe Risiken.

Mehr Ertrag durch Lasereinsatz

Vor diesem Hintergrund hat das Fraunhofer ILT gemeinsam mit der Cronimet Ferroleg. GmbH aus Karlsruhe ein neuartiges ­laserbasiertes Sortierverfahren entwickelt. Die im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts PLUS entstandene Sensortechnik macht das Erkennen und Sortieren von Legierungen in Metallschrotten wesentlich schneller und genauer. 2020 wurde die Pilotanlage am Cronimet-Ferroleg.-Standort in Karlsruhe in Betrieb genommen – und hat sich bewährt. Sie ist unter anderem auf die Verarbeitung von Schnellarbeitsstählen, kurz HSS für High Speed Steels, ausgelegt.

HSS-Stähle enthalten wertvolle Legierungselemente wie Kobalt und sind in jedem Baumarkt zu finden, zum Beispiel in Bohrern oder Fräsköpfen, sagt Dr. Cord Fricke-Begemann, der am Fraunhofer ILT den Bereich Material­analytik verantwortet und unterstützt von Doktorand Fredrik Schreckenberg das Projekt PLUS leitete.

Übliche Verfahren sind auf die mühsame manuelle Messung weniger Legierungen beschränkt. Mit der Laser-Emissionsspektroskopie (LIBS) hingegen nutzt das Fraunhofer ILT eine Technologie, die selbst in kleinen Schrottteilen mehr als 20 Sonderlegierungen identifizieren kann – automatisch, schnell und berührungslos. In kürzerer Zeit können wir so mehr Schrotte verarbeiten und eine höhere Sortenreinheit erzielen, sagt Fricke-Begemann. Damit bauen wir eine wichtige Brücke zwischen Forschung und Industrie.

Die Pilotanlage für das laserbasierte Recycling, die im Projekt PLUS entstand, eignet sich z. B. für die automatische Verarbeitung von Schnellarbeitsstählen (High Speed Steels) (© Cronimet Ferroleg. GmbH, Karlsruhe)

 

Zukunftstechnologie für Europa

Im Rahmen des 2020 gestarteten EU-Projekts Retrofitting Equipment for Efficient Use of Variable Feedstock in Metal Making Processes (REVaMP) bringt das Fraunhofer ILT seine Expertise im Bereich der Materialanalytik nun auch auf europäischer Ebene ein. Getragen wird das auf eine Laufzeit von dreieinhalb Jahren (1. Januar 2020 bis 30. Juni 2023) ausgelegte Vorhaben von einem internationalen Zusammenschluss von Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus Spanien, Polen und Deutschland. Ziel ist es nach Aussage von Fricke-Begemann, die im Rahmen des Projekts PLUS gesammelten Erkenntnisse auf eine universelle Basis zu stellen, unabhängig von den jeweiligen Legierungen. Wir wollen einen Sensor bauen, den man in bestehende Industrieanlagen einbauen kann, um den Recyclingprozess grundsätzlich effizienter zu machen.

Unter anderem um die Fragen, welche Zusammensetzung und Eigenschaften die zu recycelnden Legierungen haben, wie viel Blei das angelieferte Material enthält, wann ein Stoff schmelzflüssig wird und wie viel Energie zugeführt werden muss, geht es bei diesem Projekt. Das Projekt wird im Rahmen des Horizon 2020-Programms durch die Europäische Union gefördert (www.revamp-project.eu). Sollte es gelingen, diese Fragen künftig genauer beantworten zu können, wäre das ein bedeutsamer Beitrag, um Europa unabhängiger von den globalen Rohstoffmärkten zu machen – und die Ressourceneffizienz von Unternehmen maßgeblich zu verbessern.

Kontakt:

Dr. Cord Fricke-Begemann, Leiter der Gruppe Materialanalytik, E-Mail: cord.fricke-begemann@ilt.fraunhofer.de

Text zum Titelbild: Mit einem laserbasierten Sortierverfahren, entwickelt im BMBF-Projekt PLUS, lassen sich wertvolle Legierungen aus Metallschrott effizient zurückgewinnen (© Cronimet Ferroleg. GmbH, Karlsruhe)

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