Metallsortierung ist Basis für dessen Recycling

Metallschrott fällt in großen Mengen an. Gleichzeitig werden manche Metalle rar. Oder deren Förderung ist energieintensiv. Das Recycling von Metallen nimmt daher immer mehr an Bedeutung zu. Dazu müssen die Metalle allerdings erst einmal sortiert werden.

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Einen Tag vor Beginn der deutschen EU-Ratspräsidentschaft, also am 30. Juni 2020, forderte der Verband Deutscher Metallhändler mehr Unterstützung für den Handel und das Recycling von Metallen. Petra Zieringer, Präsidenten des Verbandes, sagte: "Ohne Metalle kein Green Deal." Man erhoffe sich daher im kommenden halben Jahr eine stärkere Förderung der Branche. Bereits im September 2019 hatte sie gesagt, dass die Kreislaufwirtschaft von denjenigen nicht vergessen werden dürfe, die Umwelt- und Klimaschutz ernst nehmen.

Wie es um das Recycling von Metallen bestellt ist, beschreiben Henning Friege und Christina Dornack im Kapitel "Abfall- und Kreislaufwirtschaft: Prioritäten für nachhaltiges Ressourcenmanagement" des Springer-Fachbuchs "Nachhaltiges Management". Demnach bestehen gerade bei den als kritisch eingestuften Rohstoffen, den Technologiemetallen, massive Defizite was die Verwertung von diesen betrifft. Und zu den Massenmetallen wie Eisen, Stahl, Kupfer schreiben die Autoren: "Recyclingpfade existieren zwar bereits schon lange und es gibt eine beachtliche Substitution vom Primärrohstoff; allerdings kommt es zu einer Anreicherung nicht abgetrennter beziehungsweise abtrennbarer Legierungsmetalle (z. B. Kupfer in Stahl) mit der Folge 'geringerwertiger' Verwertung."

Möglichkeiten und Grenzen der LIBS

Doch: Auch dazu existieren bereits die entsprechenden Technologien. Ein gängiges Verfahren zur Identifizierung von Metallen ist beispielsweise die Laserinduzierte Plasmaspektroskopie, abgekürzt LIBS. Dabei handelt es sich um eine chemische Analyse als Grundlage für die Sortierung. Die Autoren des Fachartikels "Wertstoffrückgewinnung durch laserbasierte Metallsortieranlagen" in der Springer-Fachzeitschrift "Nachhaltige Industrie" (Ausgabe 1/2020), Philipp Soest und Edwin Büchter, schreiben: "Mithilfe der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) lässt sich der charakteristische Fingerabdruck des Materials schnell und zuverlässig ermitteln. Dabei wird ein hochintensiver Laserstrahl auf die Oberfläche fokussiert, sodass eine kleine Menge des oberflächennahen Metalls verdampft. Bei der Verdampfung entsteht ein Plasmaleuchten, das mit seinem charakteristischen Spektrum die Konzentrationsverteilung der Legierungsbestandteile signalisiert." Durch die Auswertung dieses Spektrums sei es möglich, die exakte Legierung eines Metalls zu erkennen und so nicht nur zwischen verschiedenen Metallen wie Stahl oder Kupfer zu unterscheiden, sondern auch innerhalb von Legierungsklassen genau und eindeutig Aluminium der 5000er Legierungsgruppe von Aluminium der 6000er Legierungsgruppen zu unterscheiden, schreiben die Autoren weiter. Und selbst die Differenzierung zwischen einer 6010er Aluminiumlegierung und einer 6016er Legierung sei prinzipiell mit dem LIBS-Verfahren möglich.

Allerdings hat dieses Verfahren auch seine Grenzen, wie Anette Müller im Kapitel "Advanced Recycling" des Springer- Fachbuchs "Baustoffrecycling" erklärt: "Wegen der geringen Eindringtiefe werden dabei nur die oberflächennahen Schichten erfasst. Beispielsweise können Al ₂O ₃-reiche von MgO- oder CaO-reichen Partikeln getrennt werden." Und auch Soest und Büchter merken an, dass die Präzision der LIBS-Analyse stark von der Oberfläche des Materials abhängig sei – oftmals sei das LIBS-Verfahren aufgrund von Beschichtungen und Steigerungsschichten oder starker Oxidationen sowie anderer Verschmutzungen nicht anwendbar.

Legierungen identifizieren, trennen, reinigen und zerkleinern

Die Lösung für dieses Problem könnte ein neuentwickeltes Kombiverfahren des Unternehmens Cleansort sein, zu dessen Geschäftsführern Soest und Büchter gehören. Kurz beschreiben sie es folgendermaßen: "Das Verfahren kombiniert die Laserablation mit der LIBS, um metallische Schrotte in einem Schritt punktuell zu reinigen und qualitativ hochwertig zu analysieren. Die kurzen Messzeiten und die quasi parallele Bearbeitung von Teilen auf einer Breite von über 1 m ermöglichen mittels Luft-Impuls-Technik das Sortieren großer Massenströme nach dessen Legierungsgehalten und damit eine direkte Kreislaufführung von Wertstoffen." Die Vorteile dieses Verfahrens würden sowohl in den hohen Produktivitätsraten als auch in seiner Wirtschaftlichkeit liegen, führen sie in ihrem Text weiter aus. Mangan, Chrom, Titan und auch Niob würden sich außerdem so bestimmen lassen.

Das beschriebene Problem und der mögliche Lösungsansatz sind auch Thema des in der Fachzeitschrift "Nature" erschienen Artikels "Strategies for improving the sustainability of structural metals". Darin heißt es vonseiten der Wissenschaftler, dass Schrott besser sortiert werden muss, um den Anteil von wiederverwertetem Metall erhöhen zu können. Denn eine Legierung erfülle ihre Aufgabe nur dann, wenn sie nicht zu stark verunreinigt sei. Daher benötigen Recycling-Unternehmen aufwändige Techniken, mit denen sie Legierungen identifizieren, trennen, reinigen und zerkleinern können. Bevor diese Verfahren perfektioniert und konkurrenzfähig seien, könnte die Forschung für die Metallindustrie Legierungen entwickeln, deren Eigenschaften von Verunreinigungen kaum oder gar nicht beeinträchtigt werden. So sei es eine zunehmende Aufgabe der Metallurgen, die Möglichkeiten des Recyclings zu verbessern.