SIEMENS

Elektronikprodukte sind wahre Schatzkammern: 2010 wurden allein in Deutschland 7,7 Millionen Smartphones verkauft. Darin wa-ren insgesamt 230 Kilogramm Gold, über 2,3 Tonnen Silber und 85 Kilogramm Palladium – zum Beispiel in elektrischen Kontakten oder Loten auf den Platinen. Das ist prozentual mehr Edelmetall als in der besten Mine der Welt. Nach den üblichen drei bis vier Jahren Lebensdauer könnten diese Mobiltelefone also eine Menge wertvoller Rohstoffe liefern. Urban Mining nennt man dieses Konzept der Wiedergewinnung wertvoller Rohstoffe aus Abfällen von Haushalten und Industrie. Bis aber für alle wertvollen Rohstoffe eine Kreislaufwirtschaft etabliert ist, sind noch etliche Hindernisse zu überwinden.

Zum Beispiel enthält ein einzelnes Handy weniger als 0,4 Gramm Edelmetall und das wird beim Schreddern auch noch mit anderen Bestandteilen vermischt, von denen es sich teils nur schwer trennen lässt. Damit sich der Aufwand des Sammelns, Zerlegens und Aufbereitens lohnt, müssen noch weitere Materialien wie etwa Kupfer aus dem Handy wieder gewonnen werden. Professor Stefan Gäth vom Fraunhofer-Institut für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategien in Alzenau und Hanau plädiert daher für intelligentes Recycling: „Anstatt durch Schreddern zu verdünnen, sollten wir zum Beispiel den Vibrationsalarm eines Handys gezielt entfernen, um das dort enthaltene Wolfram wiederzuverwenden. Wenn die Konstruktion der Handys bekannt ist, kann das auch automatisiert erfolgen. An einer Datenbank dafür arbeiten wir gerade.“

Eine weitere Schwierigkeit ist der logistische Aufwand. So liegt derzeit die Sammelrate für alte Handys nur bei fünf Prozent. Die Geräte lagern häufig jahrelang in Schubladen oder landen auf der Müllkippe. In Deutschland abgemeldete Autos gehen zu 80 Prozent ins Ausland, wo sie nach weiteren Jahren des Einsatzes häufig ohne nennenswerte Wiederverwertung verschrottet werden. Im Vergleich dazu ist der Abbau von Rohstoffen in Lagerstätten logistisch deutlich einfacher.

Doch die Nachfrage nach Rohstoffen steigt enorm und bei manchen von ihnen wie etwa den Seltenerdmetallen und von Wolfram, Niob und Gallium könnte die Verfügbarkeit bald kritische Werte erreichen. So hat China quasi ein Fördermonopol auf die Seltenen Erden, bei vielen Metallen sind nur kleine Vorkommen bekannt und diese liegen auch häufig in politisch instabilen Ländern. All dies treibt die Entwicklung von Recycling und des Aufbaus einer Kreislaufwirtschaft weiter voran. Recycling macht unabhängiger von Importen und reduziert den Abfall. Dazu ist es aber nötig, das sogenannte Downcycling zu vermeiden, bei dem nur noch Material minderer Qualität entsteht, wie eine Parkbank aus Kunststoffresten.

Bei Glas, Papier und vielen Metallen sind Sammel- und Recyclingsysteme schon lange etabliert. Bei einigen Metallen wie Kupfer oder Eisen liegt der Recyclinganteil in neuen Produkten weltweit bei über 50 Prozent. Das Recycling funktioniert zwar bei Maschinen oder Bauwerken mit großen Stahl- oder Aluminiumteilen gut, aber der Materialexperte bei Siemens Corporate Technology (CT), Dr. Ulrich Bast, gibt zu bedenken: „Unser Abfall wird immer komplexer. In Produkten wie Autos, Flugzeugen, Handys oder LED-Lampen wird zunehmend ein Mix hochspezialisierter Materialien verbaut. Man denke nur an Leichtbaukonzepte aus Stahl, Leichtmetallen und Kompositmaterialien oder an Elektronikmodule. Diese enthalten zwar viele wertvolle Stoffe wie Gold, Platin, Palladium, Kupfer, Seltenerdmetalle, Glasfasern oder Kunststoffe, aber sie sind teilweise eng miteinander verbunden, was das Recycling erschwert. Produkte sollten daher gleich so geplant werden, dass sie sich später leicht wieder zerlegen lassen.“ Für Elektronik und Elektro-Altgeräte liegen die Recyclingraten im globalen Durchschnitt nur bei 19 Prozent.

Der Projektleiter Recycling bei CT, Dr. Jens-Oliver Müller, und sein Forscherteam in München arbeiten daher im Projekt MORE (Motor Recycling), das vom Bundesforschungsministerium gefördert wird, unter anderem an der Wiederverwertung von Permanentmagneten aus Systemen, für die es bisher keine befriedigende Recyclinglösung gibt. In kompakten und leichten Synchronmotoren für Elektroautos oder Generatoren für Windkraftanlagen werden starke Neodym-Eisen-Bor-Magnete gebraucht, die zu etwa 30 Prozent aus dem Seltenerdmetall Neodym und in geringeren Mengen aus Dysprosium, Praseodym und anderen Seltenerdmetallen bestehen.

Neue Ansätze für Magnet-Recycling. „Neben dem stofflichen Recycling geht es auch darum, die Lebensdauer der Produkte durch Reparieren, Wiederverwenden, Instandsetzen und Aufrüsten zu verlängern“ sagt Müller. „Wir verfolgen in MORE verschiedene Ansätze für das Recycling. Zum einen untersuchen wir, wie sich die insgesamt etwa ein Kilogramm schweren Magnete oder andere Komponenten aus Altmotoren von Elektroautos ausbauen und reparieren und wiederverwenden lassen. Das setzt allerdings ein über Jahre gleichbleibendes Motordesign voraus. Zum anderen testen wir, wie sich die Magnetmaterialien wiederverwerten lassen, wenn wir vorsortiertes Material reinigen, mahlen, schmelzen und zu neuen Magneten sintern. Zusätzlich untersuchen wir die rohstoffliche Wiederverwertung. Durch die Rückgewinnung der Rohmaterialien können nicht nur Magnete jeder Form und Größe hergestellt, sondern auch die Magneteigenschaften neu eingestellt werden.“

Wenn Recycling zu einer ernstzunehmenden Rohstoffquelle werden soll, müssen auch die Prozesse wesentlich effizienter werden. Siemens forscht daher zusammen mit dem Institut für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik der Universität Erlangen-Nürnberg an Konzepten zur automatisierten Demontage von Elektromotoren. Ein wichtiger Partner im MORE-Projekt ist zudem die deutsche Recycling-Firma Umicore AG & Co. KG, die in Europa über die höchste Kompetenz in der Rückgewinnung von Metallen durch thermische Prozesse verfügt. Frank Treffer, Projektleiter bei Umicore, sieht große Potenziale: „Große Mengen wertvoller Materialien sind im Abfall breit verteilt, etwa das wenige Silber in den vielen kleinen RFID-Funketiketten. Moderne Recyclingtechnologien ermöglichen es grundsätzlich, diese Materialien wiederzugewinnen. Aber oft klafft noch eine große Lücke in der nötigen Logistik.“

Carbonfasern recyceln. Siemens-Forscher sind auch auf einem weiteren Zukunftsfeld aktiv. Der CT-Experte Dr. Heinrich Zeininger beschäftigt sich mit dem Recycling von Carbonfasern aus Faserverbundwerkstoffen. Das Leichtbaumaterial kombiniert die hohe Steifigkeit der Kohlefasern mit der Formbarkeit der Kunststoffmatrix. Es wird zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrt oder im Fahrzeugbau verwendet. Carbonfasern sind teuer und brauchen viel Energie in der Herstellung. Dazu werden Kunststofffasern carbonisiert, also bei hohen Temperaturen zu Kohlenstofffasern umgesetzt. Die Länge dieser Fasern und die Form daraus hergestellter Gewebe werden immer genau auf das künftige Bauteil abgestimmt.

Bei dem bisher allein möglichen Recycling durch Pyrolyse, also dem Verbrennen des Kunststoffs, bleiben die Fasern teilweise beschädigt zurück und verfilzen zu Knäueln. Sie können nur noch zerkleinert werden und zum Beispiel zur Herstellung von leitfähigen Polymeren dienen. Das ist aber eine Sackgasse in puncto Stoffkreislauf. Die CT-Wissen- schaftler haben nun ein sogenanntes solvolytisches Recyclingverfahren entwickelt und zum Patent angemeldet, bei dem der Kunststoff mit einem Lösungsmittel entfernt wird. Die Carbonfasern bleiben dabei in voller Länge zurück, Gewebe behalten ihre Form und sogar ihre Beschichtung, die eine gute Haftung des Kunststoffs sicherstellt, bleibt erhalten. Die Wiederverwendung dieser Fasern erfordert deutlich weniger Energie, als für ihre Carbonisierung bei 2.000 Grad benötigt wird. Zeininger hat das Verfahren im Rahmen des vom Bundesforschungsministerium geförderten bayrischen Forschungsclusters MAI-Carbon entwickelt. Er erklärt: „Carbonfaserverstärkte Materialien werden wegen ihrer besonderen Eigenschaften künftig auch von Siemens immer häufiger eingesetzt, etwa in Motoren oder Rotorblättern. Unser Verfahren ist hier nützlich, da bei der Entwicklung neuer Produkte immer auch ein Recyclingkonzept erforderlich ist. Die nächste Herausforderung wird sein, die wiedergewonnenen Carbonfasern in neue Produkte zu integrieren, auch wenn die Geometrie des neuen Bauteils von der des Ursprungsteils abweicht.“

Auch der Siemens-Sektor Healthcare achtet auf Umweltschutz und Ressourcen- effizienz im Produktlebenszyklus. Dazu wurde ein mehrstufiges Rücknahmekonzept ent wickelt. Gebrauchte Geräte, etwa Röntgengeräte, werden zu sogenannten Refurbished Systems wiederaufgearbeitet. Einzelne Komponenten werden erneut eingesetzt oder als Ersatzteile genutzt, und wertvolle Materialien wie das Schwermetall Molybdän aus Röntgenstrahlern werden wiederverwendet.

Auch Design-to-Recycling ist ein vielversprechender Ansatz. Dabei geht es darum, bereits beim Design eines Produktes auf gute Trennfähigkeit der Bauteile und Materialien zu achten. Nicht recyclingfähige Materialien sollten vor der Weiterverarbeitung abgetrennt werden können. Bei den Metrozügen von Siemens halten zum Beispiel leicht wieder zu lösende Sechskantschrauben den Aluminiumrahmen der Waggons zusammen, die Dämmplatten werden nur zwischen Gerippe und Verkleidung gesteckt und ein großer Anteil Recycling-Metall wird verbaut. Die Korkplatten zur Trittschalldämmung im Boden sind mit Aluminiumfolie und Kautschuk beklebt. Diese Schichten lassen sich beim Zerlegen einfach wieder abziehen.

Da die förderfähigen Vorkommen an wertvollen Rohstoffen zu aktuell geltenden Preisen und dem heutigen Energieaufwand endlich sind, wird es in Zukunft immer wichtiger sein, Stoffkreisläufe zu schließen. CT-Experte Müller erklärt: „Eine Möglichkeit für Siemens, zur Verstärkung des Recyclings weltweit beizutragen, ist es, den Produktservice auszuweiten. Besonders, wenn bei der Entsorgung Gebühren anfallen, werden künftig Kunden an Recycling als Teil des Services für Siemens-Produkte interessiert sein.“