Metallrecycling mit laserbasierter Sensortechnik

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik und Cronimet Ferroleg entwickelten ein laserbasiertes Sortierverfahren für Metallschrott. Ein neuer Sensor soll das Recycling dabei effizienter machen.
Mit einem laserbasierten Sortierverfahren sollen sich Legierungen aus Metallschrott effizient zurückgewinnen lassen. (Quelle: Cronimet Ferroleg)

Die Vorteil des Materialrecyclings aus Sicht der Projektpartner: Gebrauchte, nicht mehr verwendbare Metallschrotte wie Rohre, Bleche, Werkzeuge, Altkabel, Elektro- und Elektronikschrott sowie alte Teile aus Haushalt oder Abbruch können sortenrein nahezu ohne Qualitätsverlust eingeschmolzen und wiederverwendet werden. Das Verfahren trägt sich aufgrund des hohen Wertes der Materialien im Idealfall von allein – und produziert deutlich weniger CO2 als der Primärprozess: die teure, weil technisch aufwendige Förderung von Bodenschätzen unter teils höchst kritischen Rahmenbedingungen sowie deren Transport an Bestimmungsorte rund um den Globus entfällt.

Die Krux: Sowohl der Preis und die Verfügbarkeit von Metallschrotten als auch deren Recyclingquote ist von zahlreichen Faktoren abhängig, die sich gegenseitig bedingen. Dazu gehören schwankende Preise am Primärmarkt, der Lebenszyklus von Produkten und deren Sammelquote, Verluste im Prozess, die technische Recyclingfähigkeit sowie die Wertigkeit der jeweiligen Legierung. Entsprechend volatil sind die globalen Märkte. Steigt der Preis für Primärmetalle, sinkt die Verfügbarkeit von Schrotten und anders herum. Das birgt für Unternehmen hohe Risiken.

Mehr Ertrag durch Lasereinsatz

Vor diesem Hintergrund hat das Fraunhofer ILT gemeinsam mit Cronimet Ferroleg ein neuartiges laserbasiertes Sortierverfahren entwickelt. Die im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts Plus entstandene Sensortechnik soll das Erkennen und Sortieren von Legierungen in Metallschrotten schneller und genauer machen. 2020 wurde die Pilotanlage am Cronimet-Ferroleg-Standort in Karlsruhe in Betrieb genommen – und hat sich aus Sicht der Projektpartner bewährt. Sie ist unter anderem auf die Verarbeitung von Schnellarbeitsstählen (HSS = High Speed Steels) ausgelegt.

„HSS-Stähle enthalten wertvolle Legierungselemente wie Kobalt und sind in jedem Baumarkt zu finden. Zum Beispiel in Bohrern oder Fräsköpfen“, sagt Dr. Cord Fricke-Begemann, der am Fraunhofer ILT den Bereich Materialanalytik verantwortet und unterstützt von Doktorand Fredrik Schreckenberg das Projekt Plus leitete.

Übliche Verfahren sind auf die mühsame manuelle Messung weniger Legierungen beschränkt. Mit der Laser-Emissionsspektroskopie (LIBS) hingegen nutzt das Fraunhofer ILT eine Technologie, die selbst in kleinen Schrottteilen mehr als 20 Sonderlegierungen identifizieren kann – automatisch, schnell und berührungslos. „In kürzerer Zeit können wir so mehr Schrotte verarbeiten und eine höhere Sortenreinheit erzielen“, sagt Fricke-Begemann. „Damit bauen wir eine wichtige Brücke zwischen Forschung und Industrie.“

Zukunftstechnologie für Europa

Im Rahmen des 2020 gestarteten EU-Projekts „Retrofitting Equipment for Efficient Use of Variable Feedstock in Metal Making Processes“ (Revamp) bringt das Fraunhofer ILT seine Expertise im Bereich der Materialanalytik nun auch auf europäischer Ebene ein. Getragen wird das auf eine Laufzeit von dreieinhalb Jahren ausgelegte Vorhaben von einem internationalen Zusammenschluss von Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus Spanien, Polen und Deutschland. „Ziel ist es, die im Rahmen des Projekts PLUS gesammelten Erkenntnisse auf eine universelle Basis zu stellen, unabhängig von den jeweiligen Legierungen«, sagt Fricke-Begemann. »Wir wollen einen Sensor bauen, den man in bestehende Industrieanlagen einbauen kann, um den Recycling-Prozess grundsätzlich effizienter zu machen.“

Welche Zusammensetzung und Eigenschaften haben die zu recycelnden Legierungen? Wie viel Blei enthält das angelieferte Material? Wann wird ein Stoff schmelzflüssig und wie viel Energie muss zugeführt werden? Diese Fragen stehen bei Revamp im Fokus und sollen künftig genauer beantwortet werden. Bei Gelingen wäre das ein bedeutsamer Beitrag, um Europa unabhängiger von den globalen Rohstoffmärkten zu machen – und die Ressourceneffizienz von Unternehmen maßgeblich zu verbessern.

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