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09 | 2017

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Special Kreislaufwirtschaft & Recycling Recycling von Leistungselektronik aus Elektrofahrzeugen Fahren künftig mehr Elektrofahrzeuge auf den Straßen, müssen zeitversetzt mehr E-Mobile recycelt werden. Hierbei liegt das Augenmerk neben Batterien und Elektromotoren auf der Leistungselektronik, denn sie enthält zum Teil wertvolle Metalle. Diese sollten in spezialisierten Elektronikrecyclinganlagen rückgewonnen werden. So lassen sich strategisch wichtige Metalle, insbesondere Edelmetalle wie Gold, Silber und Palladium, mit über 90 % zurückerhalten. Das zeigt der Vergleich mit dem herkömmlichen Recycling im Autoshredder, bei dem ein Großteil der Edelmetalle verloren geht. Die Zukunft der individuellen Mobilität mittels Pkw in Deutschland hat seit der UN-Klimakonferenz 2015 in Paris und dem im November 2016 vorgestellten Klimaschutzplan 2050 eine feste Zielrichtung. Um die bis 2030 vorgegebenen ambitionierten Treibhausgasreduktionsziele im Mobilitätssektor von 42 % zu erreichen, müssen treibhausgasneutrale Technologien ausgebaut werden. Eine tragende Rolle wird hierbei die Elektromobilität spielen, ein deutlicher Anstieg des Absatzes an Elektrofahrzeugen ist zu erwarten. Damit verbunden wird zeitversetzt das Aufkommen an zu recycelnden Elektrofahrzeugen ansteigen. Dies beinhaltet auch die Leistungselektronik, die in jedem Elektrofahrzeug als wichtiges Bindeglied zwischen Batterie und Motor fungiert und für das Energiemanagement eingesetzt wird. Gläserner e-up! mit Leistungselektronik. Rückgewinnung durch Demontage In der Vergangenheit ist bereits die Anzahl der Elektronikkomponenten in Fahrzeugen durch den zunehmenden Einsatz von Unterhaltungselektronik, Bordcomputern und anderen Komponenten angestiegen. Da die Zunahme der Elektronik in Pkw bei den derzeitigen Verwertungsrouten mittels Autound Post-Shredder mit zunehmenden absoluten Verlusten an strategischen Metallen verbunden ist, wurden bereits Forschungsvorhaben mit Demontageversuchen durchgeführt [1]. Doch stellt sich die Frage, ob eine Demontage der Elektronik, verbunden mit der weiteren Verwertung in speziellen Elektronikrecyclinganlagen, zu höheren Rückgewinnungsquoten von strategischen Metallen führt, und ob dies auch ökonomisch darstellbar ist. Ein wesentliches Hindernis sind oft die hohen Kosten für den Ausbau der kleinen, an verschiedenen Stellen verbauten Komponenten. Mit der Leistungselektronik wird eine zusätzliche Elektronikkomponente in Fahrzeugen verbaut, die sich im Gegensatz zu vielen kleineren Elektronikbauteilen durch ein höheres Gewicht sowie durch einen besseren Zugang für eine spätere Demontage auszeichnet. Forschungsprojekt „Elektrofahrzeugrecycling 2020“ Aus diesem Grund untersuchte das vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit geförderte Projekt „Elektrofahrzeugrecycling 2020 – Schlüsselkomponente Leistungselektronik (ElmoReL 2020)“ die Optimierung des Recyclings der Leistungselektronik mittels Demontage und abgestimmter mechanischer und chemischer Aufbereitungstechniken, welche hohe Rückgewinnungsquoten auch für strategische Metalle ermöglichen. Neben dem Recycling der in der Leistungselektronik enthaltenen Massenmetalle wie Aluminium, Eisen und Kupfer standen vor allem Verfahren zur Rückgewinnung von Edel- und Sonder- Bild: Viavison © Illustration VW e-up! | TU Clausthal (IFAD) © Detailfoto 14 UmweltMagazin September 2017

Kreislaufwirtschaft & Recycling Special metallen für die Elektromobilität im Vordergrund. Das Projekt wurde zwischen Dezember 2013 und November 2016 unter der Koordination des Öko- Instituts mit den Verbundpartnern Electrocycling GmbH, TU Clausthal, Volkswagen AG und PPM Pure Metals GmbH durchgeführt. Nach den Vorgängerprojekten zum Recycling von Elektrofahrzeugkomponenten, die sich zum einen mit dem Recycling von Batterien und zum anderen mit elektrischen Fahrantrieben beschäftigt haben, beleuchtete ElmoReL 2020 die dritte wichtige Komponente von Elektrofahrzeugen. Zur Bewertung der ökologischen Auswirkungen der verschiedenen Verwertungsrouten und möglicher Optimierungspotenziale wurden für die Behandlungswege Autoshredder, Elektrorecyclingroute sowie Elektrorecyclingroute mit chemischer Platinenentstückung Ökobilanzen erstellt. Darauf aufbauend ließ sich das ökologische Potenzial der Elektrorecyclingroute für ein Aufkommen von einer Million Leistungselektronikmodulen jährlich abschätzen. Goldgrube Leistungselektronik Die Leistungselektronik, die in Elektrofahrzeugen als wichtiges Bauteil für das Energiemanagement eingesetzt wird, transformiert die aus der Batterie kommende Energie und stellt diese dem Motor in der benötigten Form zur Verfügung. Sie hat aufgrund ihres Metallgehalts einen hohen Wert. Sie enthält zu rund 60 % Aluminium im Gehäuse sowie zu 12 % Kupfer in Kabeln und Platinen. Dazu in geringeren Mengen Edelmetalle wie Gold, Silber und Palladium, die in verschiedenen Bauteilen auf den Platinen vorkommen. Hochgerechnet auf eine Tonne Leistungselektronik ließen sich durch das gezielte Elektrorecycling schätzungsweise rund 7 g Gold, 23 g Silber, 1 g Palladium und 500 g Zinn mehr rückgewinnen als beim Recycling über den Autoshredder. Denn dieser arbeitet gröber, so dass diese Metalle als Stäube verloren gehen, wohingegen sich beim spezifischen Elektronikrecycling die Staubanteile deutlich reduzieren lassen. Werden die Platinen mit den elektronischen Bauteilen der Leistungselektronik zusätzlich chemisch behandelt, können darüber hinaus Tantal und ein höherer Anteil des Zinns in den Platinen rückgewonnen werden. Dies hat jedoch einen hohen Behandlungsaufwand zur Folge und ist in der Gesamtbilanz mit keinen nennenswerten ökologischen Vorteilen verbunden. Es führt zudem zu Mehrkosten, die nicht durch den Erlös der rückgewonnenen Metalle gedeckt werden können. Analyse der Leistungselektronik Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden Leistungselektronikeinheiten demontiert, um ihre stoffliche Zusammensetzung und den Demontageaufwand zu bestimmen. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass eine manuelle Demontage prinzipiell möglich, aber zu WORLD-LEADING TRADE FAIR N RNBERG, GERMANY 26.- 28.9.2017 UMWELT-RECYCLING IHRE BRANCHE. IHRE MESSE. IHRE M GLICHKEITEN. AUFBEREITEN, KLASSIEREN, KOMPAKTIEREN - IMPULSE F R INDUSTRIELLE PROZESSE. ERLEBEN SIE DIE DYNAMIK DER POWTECH. IDEELLE TR GER POWTECH.DE

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