Forschung & Entwicklung

Wertstoffrecycling von Elektronik

Eine neue Recyclingmethode, um automatisiert Elektronik zu zerlegen und daraus wertvolle Stoffe zurückzugewinnen – dies war das Ziel eines EU-Projekts.

Besonderes Augenmerk des Recyclingkonzepts liegt auf den Elementen Tantal, Neodym, Wolfram, Kobalt und Gallium. Diese Metalle stecken heute in fast jeder Elektronik. Es sind im wahrsten Sinne Wertstoffe, denn sie sind rar, kosten pro Kilogramm mittlerweile zum Teil fast 250 € und sie lassen sich aus gebrauchter Elektronik bisher kaum wirtschaftlich recyceln.

Hier kommt das ‚Urban Mining‘ ins Spiel, das Sekundärrohstoffe aus Gebäuden, Infrastruktur oder Produkten zurückgewinnt. Von diesem Trend ließen sich Professor Reinhard Noll und Dr. Cord Fricke-Begemann vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT zu einem neuen Recyclingansatz inspirieren: Zusammen mit den Partnern des Projekts ‚Next generation urban mining – Automated disassembly, separation and recovery of valuable materials from electronic equipment‘ (ADIR) entwickelten sie ein Konzept für die Verarbeitung typischer Leiterplatten aus Computern und für ausrangierte Handys. Unterstützt wurden sie bei den FuE-Arbeiten zur Robotik vom Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF aus Magdeburg.

Im Mittelpunkt stehen automatisierbare flexible Prozesse, mit denen sich Elektronikgeräte am Ende ihrer Nutzungsdauer in ihre Einzelteile zerlegen lassen. In einer Demontageanlage arbeiten dazu Lasertechnik, Robotik, Visionsysteme und Informationstechnologie in intelligenter Weise zusammen. Eine Hauptrolle spielen Laser, die unter anderem Inhaltsstoffe identifizieren, Bauelemente berührungslos entlöten oder ausschneiden. Damit lassen sich strategisch bedeutsame Wertstoffe mit hoher wirtschaftlicher Bedeutung im industriellen Maßstab effizient recyceln.

Die Resonanz beim Fachpublikum auf zahlreichen Veranstaltungen fiel sehr positiv aus. Dazu zählten nach Projektende im März 2020 auch die Teilnehmer der Berliner Recycling- und Sekundärrohstoffkonferenz und des Mineral Recycling Forums in Aachen. „Diese gute Resonanz motivierte auch die Projektpartner aus der Industrie“, berichtet Projektleiter Fricke-Begemann. Einer von ihnen ist die Firma Electrocycling aus Goslar, die seit Ende 2018 das ADIR-Verfahren in Feldtests erprobt und für den industriellen Einsatz validiert. Sie bewies mit einem Demonstrator, dass sich zum Beispiel durch Kombination der verschiedenen Techniken erhebliche Mengen winziger Kondensatoren aus der Elektronik herauspicken lassen, um aus ihnen wertvolles Tantal zurückzugewinnen. Diese Aufgabe übernahm H.C. Starck Tantalum & Niobium.

„Wir haben in dem Projekt rund 1000 Handys und über 800 große Computerplatinen zerlegt, aus denen wir einige Kilogramm an Bauteilen zur Weiterverwertung erhielten“, erklärt der Projektleiter. Tantal ließ sich zu 96 bis 98 Prozent zurückgewinnen. Das Beispiel zeige, dass sich viele der in der Elektronik enthaltenen wichtigen Wertstoffe wie gewünscht effizient herausholen lassen – und zwar in einem neuartigen Sekundärrohstoff mit einem hohen Wertstoffgehalt, der deutlich höher als etwa die Tantal-Erz-Konzentrate der Rohstoffzulieferer ausfällt.

Das vorwettbewerbliche Forschungsprojekt ist nun abgeschlossen, die wirtschaftliche Machbarkeit hat das ADIR-Team mit dem Demonstrator bewiesen. Dank der gewonnenen Erkenntnisse ließe sich nun bereits ein Teil der Prozesskette realisieren. Dazu zählen die Inspektion der Leiterplatten sowie das Entlöten und Entnehmen der Komponenten. Allerdings besteht noch Verbesserungspotenzial etwa bei der Automatisierung, die zur Beschleunigung der Prozesse führen kann. Dazu tragen auch die ersten Erfahrungen über das automatische Öffnen und Zerlegen von Mobiltelefonen bei, die in einer Datenbank gesammelt wurden. Mit diesen Daten können Mitarbeiter eine Recyclingmaschine auf neue Mobiltelefonmodelle anlernen.

Diese Argumente kommen in der Industrie an, erste Partner für die Realisierung gibt es bereits, weitere werden noch gesucht. Doch nicht nur der effizientere Umgang mit Rohstoffen spricht für das Konzept: In Deutschland würde die Abhängigkeit von Rohstofflieferungen aus anderen Regionen sinken und sich neue Chancen für Technologien der inversen Produktion zum Schließen von Werkstoffkreisläufen ergeben.

von mn

www.ilt.fraunhofer.de

www.adir.eu

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