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09 | 2017

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Special Kreislaufwirtschaft & Recycling Geöffnete Leistungselektronik eines VW e-up!. zeitaufwendig für eine wirtschaftliche Umsetzung ist. Der Aufbau und die stoffliche Zusammensetzung der Einheiten sind ähnlich, allerdings variierten die Gewichte zwischen knapp 10 und gut 20 kg. Die größte Masse weist das Aluminiumgehäuse auf. Der Folienkondensator, welcher in einigen Leistungselektroniken zu finden ist, hat einen weiteren großen Gewichtsanteil und ist das größte Bauteil innerhalb der Leistungselektronik. Die wertvollen Metalle wie Gold, Silber und Palladium, sowie die Sondermetalle Zinn und Tantal finden sich in den 5 % der Platinen, wobei nur ein Teil Tantalkondensatoren enthält, und einige Hersteller auf diese vollständig verzichten. Die zuvor genannten Platinen wurden in einem separaten Schritt auf ihren Metallgehalt hin untersucht. Kupfer stellt dabei die Literatur [1] Kohlmeyer, R.; Groke, M.; Sander, K.; Bergamos, M.: Perspektiven der zunehmenden Fahrzeugelektronik für das Altfahrzeugrecycling. In: Thomé-Kozmiensky, K. J.; Goldmann, D.: Recycling und Rohstoffe – Band 8. Neuruppin 2015. [2] Widmer, R.; Du, X.; Haag, O.; Restrepo, E.; Wäger, P. A.: Scarce Metals in Conventional Passenger Vehicles and End-of-Life Vehicle Shredder Output. Environ. Sci. Technol., 2015, 49 (7), S. 4591-4599. [3] Huy, D.; Andruleit, H.; Babies, H.-G.; Elsner, H.; Homberg-Heumann, D.; Meßner, J.; Röhling, S.; Schauer, M.; Schmidt, S.; Schmitz, M.; Szurlies, M.; Wehenpohl, B.; Hofrichter, W.; Tallig, A.: Deutschland – Rohstoffsituation 2014, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover, November 2015. Bild: TU Clausthal Hauptfraktion dar, während Zinn im einstelligen Prozentbereich vorhanden ist. Das Hauptaugenmerk für das Recycling liegt aber auf den Edelmetallen Gold, Silber und Palladium, die nur in geringem Maß vorhanden sind. Kombiniert man die durchschnittliche Zusammensetzung der Leistungselektronik mit dem durchschnittlichen Metallgehalt der Platinen, erhält man die durchschnittliche stoffliche Zusammensetzung der Leistungselektronik, auf deren Basis die ökologischen und ökonomischen Betrachtungen zur Rückgewinnung durchgeführt wurden. Aktuelle Recyclingroute Der derzeitige Stand der Technik beim Recycling von Altfahrzeugen ist der Autoshredder mit nachgeschaltetem Post- Shredder. Dies gilt auch für Elektrofahrzeuge, die nach dem Freischalten des Fahrzeugs und dem Ausbau bestimmter Komponenten, allen voran der Batterie, ebenfalls dem Shredder zugeführt werden. Ein Ausbau der Leistungselektronik erfolgt derzeit nicht unbedingt, da dieses Bauteil mit einem Gewicht von 10 kg oder mehr auch gemeinsam mit dem gesamten Fahrzeug verwertet werden kann. In der Vorbehandlung – dem ersten Schritt des Recyclings – werden alle Betriebsflüssigkeiten wie etwa Motoröl, Kraftstoff und Bremsflüssigkeit entfernt, die Pyrotechnik der Airbags entschärft und bestimmte Bauteile wie etwa die Batterie entnommen. Im nächsten Schritt, der Demontage, werden Teile zur Wiederverwendung und Teile mit besonders wertvollen Werkstoffen wie etwa Katalysatoren ausgebaut. Die übrig bleibende Restkarosse wird gepresst und anschließend geshreddert. Es folgt eine Sortierung über verschiedene Trennstufen. Hieraus resultieren Eisenschrott sowie eine Aluminium- und eine Kupferfraktion, welche in die Metallverwertung kommen. Die übrigen Fraktionen, die Shredderleicht- und die Schredderschwerfraktion sowie die Stäube gelangen in eine Post-Shredderanlage. Dort werden die Eingangsströme über weitere Sortier- und Trennstufen immer feiner aufgetrennt und schließlich dem Recycling zugeführt. Die einzelnen Teile der Leistungselektronik gelangen ebenfalls in die zuvor genannten Fraktionen. Beispielsweise kommt das Aluminiumgehäuse in die korrespondierende NE-Metallfraktion. Die Edelmetalle, welche sich überwiegend auf den Platinen finden, verteilen sich über die verschiedenen Fraktionen, reichern sich aber vor allem in der Shredderleichtfraktion an [2], von wo sie sich nur schwer zurückgewinnen lassen. Verglichene Recyclingrouten Der Ausbau und die Behandlung der Leistungselektronik mittels Prallmühle stellt den großen Unterschied zwischen der Autoshredderroute und den beiden Elektrorecyclingrouten dar. Die chemische Platinenentstückung, welche mittels Salzsäure und Wasserstoffperoxid durchgeführt wird, dient zur Separation der Bauteile auf den Platinen und ermöglicht deren selektives Recycling. Sie beschreibt den Unterschied zur konventionellen Elektrorecyclingroute. Relevante Rohstoffrückgewinnung in der Zukunft Für die Zukunft wird abgeschätzt, dass bei einem jährlichen Recycling von einer Million Elektrofahrzeugen etwa folgende Metallmengen über die Elektrorecyclingroute wiedergewonnen werden können: 7 t Zinn, 85 kg Gold, 300 kg Silber, 17 kg Palladium und 70 t Kupfer. Zum Vergleich: Heute kommen im gesamten Elektrik- und Elektronikbereich in Deutschland 12 t Gold zum Einsatz [3]. Die Zahlen machen deutlich, dass bei einem künftigen Durchbruch der Elektromobilität – also bei einer jährlichen Neuzulassung von mehreren Mil- 16 UmweltMagazin September 2017

Fördern mit NETZSCH lionen Fahrzeugen – ein optimiertes Recycling zu relevanten Ressourceneinsparungen führen kann. Und auch wirtschaftlich ist das Elektrorecycling realisierbar. Rückgewinnungsquoten Von entscheidender Bedeutung für das Forschungsvorhaben ElmoReL 2020 und die Bewertung der zu entwickelnden Verfahren sind die ökologischen Potenziale der Elektrorecyclingroute im Vergleich zur Autoshredderroute. Bei den Massenmetallen Eisen und Aluminium erreichen beide sehr hohe Rückgewinnungsquoten, so dass hier kein Zusatznutzen zu erzielen ist. Das ökologische Potenzial der Elektrorecyclingroute liegt vielmehr bei höheren Rückgewinnungsquoten für die Edelmetalle und Zinn. Für diese Metalle wurde abgeschätzt, dass im Auto- und Post-Shredder rund 20 bis 25 % wiedergewonnen werden, während es bei der Aufbereitung beim Elektroaltgeräterecycler rund 98 % sind. Diese Abschätzung beruht darauf, dass bei der Autoshredderroute ein Großteil der Edelmetalle über fein verteilte Staubausträge für die Rückgewinnung verloren geht. In der Elektrorecyclingroute gelingt es, mit einer Prallmühle, welche die Leistungselektronik mit hoher Geschwindigkeit gegen Prallplatten fliegen lässt, die Staubentwicklung deutlich zu reduzieren, und die Leiterplatten zu einem sehr hohen Anteil in die Fraktion zu überführen, die in eine Kupfer- und Edelmetallverhüttung gelangt. Die abgeschätzten Rückgewinnungsquoten stellen Expertenabschätzungen dar, die für die orientierenden Berechnungen in der Ökobilanz getroffen wurden, und eine entsprechende hohe Unsicherheit aufweisen. Für die zusätzliche chemische Platinenentstückung wurde veranschlagt, dass in der mechanischen und chemischen Aufbereitung rund 90 % des Tantals und 93 % des Zinns rückgewonnen werden. Zinn fällt hierbei jedoch im Gegensatz zu den anderen Metallen nicht metallisch, sondern in sulfidischer Form an. Fazit Das Projekt zeigt, dass eine verbesserte Recyclingroute für die Verwertung von Leistungselektronikmodulen aus E-Fahrzeugen auch im Serienbetrieb UmweltMagazin September 2017 gut anwendbar und mit standardisierter Technologie umzusetzen ist. Diese Route sieht einen Ausbau der Leistungselektronik aus dem Fahrzeug und eine nachfolgende Verwertung bei einem Elektroaltgeräterecycler vor. Die Zerkleinerung des Leistungselektronikmoduls mit einem robusten Aluminiumgehäuse erfolgt in einer Prallmühle, mit der es gelingt, neben anderen Fraktionen große und weitgehend intakte Leiterplattenstücke zu erzeugen, die dann in die standardmäßige Aufbereitungstechnologie von Elektroaltgeräterecyclern eingespeist werden können. Vorteilhaft ist, dass die Prallmühle wenig Staub erzeugt, in dem strategische Metalle für eine weitere wirtschaftliche Verwertung möglicherweise verloren gehen würden. Im Vergleich zum Autoshredder lassen sich mit dieser Recyclingroute hohe Rückgewinnungsquoten für Gold, Silber und Palladium realisieren. Zudem ist es möglich, die Rückgewinnungsquoten von Zinn und Kupfer anzuheben. Versuche zur chemischen Platinenentstückung, die die Tantal haltigen Kondensatoren abtrennen und auch das Tantal, das bisher nicht verwertet wird, einer Verwertung zuführt, zeigen allerdings, dass dieser Verfahrensweg nicht empfehlenswert ist. Aus ökobilanzieller Sicht verspricht die chemische Platinenentstückung keine relevanten Vorteile, da einer zusätzlichen Tantalrückgewinnung entsprechende Aufwendungen für die eingesetzten Chemikalien gegenüberstehen. Die Kostenschätzungen zeigen zwar ein leicht positives Ergebnis, sind aber mit sehr hohen Unsicherheiten belegt. ElmoReL 2020 macht deutlich, dass das Verwertungsverfahren bei den jetzigen Rahmenbedingungen und Rohstoffpreisen wirtschaftlich ist – auch wenn sie mit deutlich höheren Kosten als die Verwertung über den Autoshredder verbunden ist. Die Ökobilanz zeigt grundsätzlich gute Ergebnisse sowohl für die Autoshredder- als auch die Elektrorecyclingroute. Bei letzterer kommen durch partiell höheren Rückgewinnungsquoten jedoch noch Vorteile durch entsprechende Gutschriften hinzu. Dr. Winfried Bulach, Öko-Institut e.V., Darmstadt, w.bulach@oeko.de Für jede Anwendung das richtige Produkt Seit Jahrzehnten werden rotierende Verdrängerpumpen als Fördersysteme für alle Medien in der Abwasserbehandlung eingesetzt. Aufgrund ihrer Regelcharakteristik gewährleisten diese Pumpen einen sicheren und zuverlässigen sowie effizienten Prozessablauf. Gut, wenn man auswählen kann! TORNADO® Drehkolbenpumpen NEMO® Exzenterschneckenpumpen M-Ovas® Zerkleinerer NETZSCH Doppelwellenzerkleinerer M.Ovas® Zerkleinerer und NEMO® Exzenterschneckenpumpe NETZSCH Pumpen & Systeme GmbH Geschäftsfeld Umwelt & Energie Tel.: +49 8638 63-1010 info.nps@netzsch.com www.netzsch.com

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