Elektronik lässt sich automatisiert recyclen

Inspiriert vom Urban Mining-Ansatz, wurde im Rahmen eines EU-Projekts ein Recyclingkonzept für Elektronik entwickelt. Eine inverse Produktion sowie die wirtschaftliche Zurückgewinnung rarer Metalle waren und sind die erklärten Ziele.

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Die Metalle Tantal, Neodym, Wolfram, Kobalt und Gallium eint, dass sie heute in fast jeder Elektronik stecken, dass sie selten sind, die Preise für sie steigen und dass sie sich bisher kaum wirtschaftlich recyclen ließen. Vor diesem Hintergrund machten sich zwei Fraunhofer Institute zusammen mit Industriepartnern daran, im Rahmen des EU-Projekts "ADIR – Next generation urban mining – Automated disassembly, separation and recovery of valuable materials from electronic equipment" ein tragfähiges Recyclingkonzept für Elektronikbauteile zu entwickeln. Strategisch ging es den Projektpartnern darum, die Ressourcenabhängigkeit der EU und kostenaufwändige Materialimporte zu verringern. Außerdem sollte gezeigt werden, welchen Beitrag neue Technologien im Hinblick auf die inverse Produktion leisten können.

Bei der inversen Produktion geht es darum, so schreiben die Autoren in der Niederschrift ihrer Untersuchungsergebnisse, aus Fertigerzeugnissen am Ende ihrer Nutzungsphase wieder Rohstoffe, Halbzeuge, Bauteile oder neue Produkte zu gewinnen. Es geht also um nachhaltige Wertstoffkreisläufe. Über die schreiben die Autoren des Kapitels "Abfallwirtschaft 4.0" im Springer-Fachbuch "Handbuch Industrie 4.0: Recht, Technik, Gesellschaft": "Das Ziel der nachhaltigen Kreislaufwirtschaft ist die möglichst effiziente und umfassende Nutzung von Ressourcen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden auch im Bereich der Abfallwirtschaft vermehrt neue Ansätze von Industrie 4.0 entwickelt und implementiert."

Industrie 4.0-Ansätze im Recycling-Konzept

Inspiriert wurden die im Projekt ADIR mitarbeitenden Wissenschaftler außerdem vom Urban Mining-Gedanken. "Urban Mining (ins Deutsche übersetzt "städtischer Bergbau") ist die Rückgewinnung von Materialien aus anthropogenen, meist urbanen Lagerstätten. Abfälle sollten insbesondere dort als Rohstoffe betrachtet werden, wo enorme Rohstoffmengen im vorhandenen Gebäudebestand in den infrastrukturellen Elementen gebunden sind und durch menschliche Aktivitäten große Mengen an Abfällen entstehen, nämlich in den Ballungsräumen", so die Definition im Kapitel "Erste Schritte zum Urban Mining" im Springer-Fachbuch "Aktuelle Ansätze zur Umsetzung der UN-Nachhaltigkeitsziele".

Diese Form der Rückgewinnung sollte im Projekt ADIR im Bereich der Elektronik Anwendung finden. Und betrachtet man die bisher gezeigten Ergebnisse, wird außerdem schnell deutlich, dass eine ganz Reihe von Industrie 4.0-Ansätzen in das Recycling-Konzept für die Verarbeitung typischer Leiterplatten aus Computern und ausrangierten Handys eingearbeitet wurden – sowohl was die automatisierten Prozesse, mit denen sich Elektronikgeräte am Ende ihrer Nutzungsdauer in ihre Einzelteile zerlegen lassen, betrifft als auch die Technologien selbst, die dafür genutzt wurden. In der errichteten Demontageanlage arbeiten Lasertechnik, Robotik, Visionsysteme und Informationstechnologie in intelligenter Weise zusammen. Insgesamt wurde eine Demontage‐ und Sortierlinie für die stückbezogene Verarbeitung von Mobiltelefonen und Elektronikplatinen mit sieben verketteten Maschinen aufgebaut und in einem Recyclingbetrieb erprobt.

Neuartiger Sekundärrohstoff mit hohem Wertstoffgehalt

Laser übernehmen dabei einige der Hauptaufgaben im Verfahren, sie identifizieren unter anderem die Inhaltsstoffe, entlöten und schneiden Bauelemente berührungslos aus. Davor werden die Elektronikbauteile von einem Roboter der Bearbeitungsstation zugeführt. Robotik ist es auch, die Gehäuse öffnet und Akkumulatoren entnimmt. Damit die Hardware weiß, was zu tun ist, läuft im Hintergrund eine Datenbank – es existiert ein umfassendes digitales Abbild des zu prozessierenden Stückguts.

Dass das Verfahren funktioniert, wurde in Feldtests sowie im industriellen Einsatz nachgewiesen. Dabei zeigte sich, dass sich zum Beispiel durch Kombination der verschiedenen Techniken erhebliche Mengen winziger Kondensatoren aus der Elektronik herauspicken lassen, um aus ihnen wertvolles Tantal zurückzugewinnen. "Tantal ließ sich zu 96 bis 98 Prozent zurückgewinnen", sagt Projektleiter Dr. Cord Fricke-Begemann vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT. Zudem habe sich gezeigt, 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. Damit erfüllt das Verfahren auch die Vorgaben einer EU-Richtlinie, die Marc Schmid im Kapitel "Einordnung und Theorie" des Springer-Fachbuchs "Unternehmerische Rohstoffstrategien" erwähnt: "Die 2012 in Kraft getretene EU-Richtlinie 2012/19/EU 'Waste Electrical & Electronic Equipment' (WEEE) zielt auf eine verstärkte Wiedergewinnung eingesetzter, kritischer Rohstoffe ab und soll Altgeräte einem fachgerechten Recycling zuführen."

Auch wenn die wirtschaftliche Machbarkeit zum Recycling von Elektronik mit dem Projekt nachgewiesen wurde, haben die Forscher noch Verbesserungspotenzial identifiziert, zum Beispiel bei der Automatisierung, die zur Beschleunigung der Prozesse führen kann.