Künstliche Erzminerale? In einem neuen Schwerpunkprogramm der DFG arbeiten Wissenschaftler an einer ungewöhnlichen Lösung zur Aufbereitung und Wiederverwendung von Abfall- und Recyclingprodukten der Metallurgie.
Die Kühlrate beeinflusst die Struktur und Zusammensetzung der Kristalle aus einer Schlacke; hier am Beispiel von Elektronikschrott-Recycling.
Grafik aus: https://www.mdpi.com/2075-163X/10/4/309
Die Industriegesellschaft hat hierzulande über nahezu zwei Jahrhunderte zu dem heutigen Wohlstand geführt. Nachhaltig und damit zukunftsfähig sei diese Form des Wirtschaftens jedoch nicht, sagt Martin Faulstich im Editorial zur ersten Ausgabe der neuen Zeitschrift "Nachhaltige Industrie", deren Herausgeber er ist. "Daten und Wissen mögen unbegrenzt sein, Energie und Ressourcen sind es nicht. Unsere derzeitige Industriegesellschaft geht noch immer sehr verschwenderisch und klimaschädigend mit fossilen Energieträgern und endlichen Rohstoffen um." So gelangen industriell gefertigten Produkte am Ende ihrer Lebenszeit längst nicht automatisch in effiziente, hochmoderne Recyclingprozesse. Über dubiose Exportkanäle werden etwa Altautos aus Europa zum Beispiel nach Westafrika exportiert – häufig befüllt mit Elektro- und Elektronikaltgeräten, führt Christian Hagelüken auf Seite 34 der Erstausgabe von "Nachhaltige Industrie" an: "Selbst wenn diese Produkte teilweise noch genutzt werden, findet an deren Lebensende wegen fehlender Infrastruktur und Rahmenbedingungen kein hochwertiges Recycling statt."
Während das Recycling von Metallen wie Kupfer oder Stahl in Deutschland inzwischen gang und gäbe ist, ist das Recycling von Elektroschrott immer noch auf einem erschreckend niedrigen Niveau. Dabei wäre eine umfassende Wiederverwendung der in Elektrotechnik, Elektronik und Mikroelektronik verwendeten Stoffe nicht nur unter ökologischen Gesichtspunkten wertvoll, sondern auch wirtschaftlich höchst lukrativ. Das ausgediente Smartphone ist voller seltener Metalle – also voller wertvoller Rohstoffe.
Als seltene Metalle gelten landläufig 17 Metalle, neben den Elementen der dritten Nebengruppe Scandium, Yttrium und Lanthan gehören dazu auch die 14 im Periodensystem auf das Lanthan folgenden Lathanoide, wie Cer, Praseodym, Neodym, Samarium und Europium. Weiterhin zu den seltenen Metallen sind auch Indium, Gallium und Tantal zu rechnen. Die wesentliche Quelle für derartige Abfälle ist der Elektroschrott. Insbesondere enthalten wertvolle Metalle Smartphone, Computer, LED-Leuchten, Elektromotoren und Solarpanels. Durchschnittlich fallen weltweit drei bis sieben Kilogramm Elektroschrott pro Jahr und Person an." Hansgeorg Hofmann und Jürgen Spindler in "Aktuelle Werkstoffe" Seite 122.
Maßgeschneiderte künstliche Minerale
Im jetzt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Schwerpunkprogramm "Maßgeschneiderte künstliche Minerale (EnAM) – ein geometallurgisches Werkzeug zum Recycling kritischer Elemente aus Reststoffströmen" arbeiten Forscher der TU Bergakademie Freiberg, der Technischen Universitäten Aachen, Braunschweig und Clausthal sowie das Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie an einer neuen Lösung zur Aufbereitung und Wiederverwendung von Abfall- und Recyclingprodukten der Metallurgie, und zwar durch künstliche Erzminerale. "Wir wollen uns ein Beispiel an der Genese von Rohstofflagerstätten nehmen, als unsere heutigen Erze vor langer Zeit aus Magma kristallisiert sind", sagt Urs Peuker, Professor am Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik der TU Bergakademie Freiberg und Koordinator des DFG-Schwerpunktprogramms. "Dieses Prinzip der Kristallisation können wir anwenden, um künstliche Erzminerale aus metallurgischen Schlacken herzustellen, die wir dann fit für die Wiederverwendung machen können."
Die heißen Schlacken entstehen bei der Gewinnung von Metallen oder dem Einschmelzen von Elektronikschrott und enthalten die begehrten Elemente in aufgelöster Form. Wird die Schlacke abgekühlt, entstehen Kristalle, die sich in ihrer Struktur und Art durch Änderungen der Kühlrate modifizieren lassen, erklärt Peuker: "Indem wir unsere Zielelemente mit weiteren Stoffen, wie zum Beispiel Schwefel oder Phosphor verbinden, können neue Erzminerale entstehen." Diese neuen Minerale wollen die Forscher dann als künstliche Erze wieder zurück in den Wertstoffkreislauf führen.