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Impulsgeber in Sachen Recyclingtechnologie

Am 16. Februar wurden die Preisträger des Deutschen Rohstoffeffizienz-Preises 2016 im Rahmen der Fachkonferenz „Rohstoffe effizient nutzen – erfolgreich am Markt“ ausgezeichnet. Sie liefern innovative Beispiele rohstoff- und materialeffizienter Produkte, Prozesse und Verfahren. Einige der nominierten Projekte geben auch der Recyclingtechnologie Impulse. 

Recycling von Carbonfasern

Carbonfasern besitzen einzigartige Eigenschaften, und der Bedarf nach ihnen steigt. Doch ist ihre thermische Verwertung aus technischen Gründen nicht möglich, und bisherige stoffliche Recyclingverfahren sind komplex, kapitalintensiv oder kranken an der Verbundfestigkeit des Materials. Ein weltweit neuartiges Verfahren zur schonenden Verarbeitung zu Hochleistungshybridgarnen wurde jetzt am Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik an der TU Dresden entwickelt. Mit einer sogenannten Spezialkrempelanlage werden die recycelten Fasern aufgelöst, vereinzelt und zu einem breiten gleichmäßigen Band zusammengeführt. Anschließend können daraus auf Basis verschiedener Spinntechnologien neuartige Hybridgarnkonstruktionen aus gleichmäßig vermischten recycelten Carbon- und Thermoplastfasern gefertigt werden. Die hochleistungsfähigen rCF-Hybridgarne bieten aufgrund der parallelen Faserausrichtung, homogenen Durchmischung und hohen Faserlänge nahezu Zugfestigkeiten von primären Carbonfasern im Faserverbundwerkstoff. Die Markteinführung des Verfahrens ist in den nächsten zwei Jahren geplant.

Muschelkalk vom Lehm befreit

Muschelkalk ist mit einem hohen Anteil von Lehm verunreinigt. Zudem zwingt die Verunreinigung dazu, große Menge nicht vermarktbaren Materials aus der Verarbeitung aufwendig deponieren zu müssen. Die BHS-Sonthofen GmbH ist spezialisiert auf den Bau von Misch-, Zerkleinerungs-, Recycling- und Filtrationstechnik. Das von ihr entwickelte Combimix-Verfahren basiert auf der Technik des Doppelwellen-Chargenmischers. Es ermöglicht durch Zusatz einer geringen Menge von Weißfeinkalk, dass der Lehm sauber vom Gestein getrennt und wieder zu einem wertvollen Baustoff wird. Mit diesem Verfahren konnten die MSW Mineralstoffwerke Südwest die Ausbeute ihrer Lagerstätte um 25 Prozent steigern: Für die gleiche produzierte Menge mussten vorher pro Jahr etwa 620.000 Tonnen Kalkstein abgebaut werden, heute sind es rund 188.000 Tonnen weniger – die relative Entlastung beträgt circa 30 Prozent. Die Rohstoffeffizienz stieg von bisher 65 bis 70 Prozent auf etwa 93 Prozent. Der Energiebedarf für die Aufbereitung ließ sich um fast 20 Prozent senken.

Kunststoffflaschen für die Kreislaufwirtschaft

Geruch und Farbzusätze machen das Recycling von Kunststoffflaschen problematisch. In einem neuartigen Verfahren ist es dem Grünen Punkt gelungen, ein Kunststoffgranulat herzustellen, dem eine weitere Verwendung im haushaltsnahen Bereich nicht mehr im Wege steht. Ausgangsmaterial dafür sind vor allem Post-Consumer-Kunststoffe aus dem dualen System. Sie werden zunächst auf ihre Zusammensetzung geprüft. Nur Lieferungen, die den geforderten Spezifikationen entsprechen, werden weiterverarbeitet. Der wertvolle Kunststoff wird über mehrere Zerkleinerungs- und Trennstufen zunächst zu Mahlgut verarbeitet. Das Material ist danach von Etiketten, Inhaltsresten und sonstigen Fremdstoffen sowie von PP-Folienbestandteilen befreit. Im Extruder wird das Mahlgut homogenisiert, mikrofiltriert und je nach Kundenwunsch auch compoundiert. Am Ende des Prozesses stehen qualitätsgeprüfte Systale-Granulate. Einer der Pilotkunden, der schon heute mit dem „flaschentauglichen“ Granulat arbeitet, ist Henkel. Erstmals in Deutschland produziert das Unternehmen seine Flaschen mit 15 Prozent recyceltem HDPE. Ein weiterer Pilotkunde ist das Unternehmen Werner & Mertz.


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Zinkschaum mit Leichtmetall-Eigenschaften

Zincopor heißt die neueste Entwicklung der auf Zinkdruckguss spezialisierten Havelländischen Zink-Druckguss GmbH & Co. KG. Der innovative Zinkschaum erfüllt sowohl ökologische wie auch ökonomische Ansprüche. Durch die komplett geschlossene Oberfläche ist Zincopor äußerlich von einem herkömmlichen Druckgussprodukt nicht zu unterscheiden. Somit wird es möglich, Zink in Bereichen einzusetzen, die eigentlich Leichtmetallen vorbehalten sind. Das Geheimnis des Materials liegt im Innern: Die stabile Schaumstruktur macht Produkte aus Zincopor leichter und günstiger. Somit ist es nun erstmals möglich, die vielen Vorteile des Materials Zink mit Gewichts- und Materialersparnis zu kombinieren. Gegenüber herkömmlichen Druckgussprodukten spart Zincopor beim Aufschmelzen bis zu 50 Prozent Material und Energie ein. Zudem benötigt Zincopor keinerlei giftige oder bedenkliche Zusatzstoffe und ist zu 100 Prozent rückschmelz- und damit recyclingfähig. Weil es sich zur Veredelung von Oberflächen eignet, ist Zincopor insbesondere für die Automobilindustrie interessant. Das Material wird seit 2008 in Serie produziert.

Entzinnen von Kupferschrott

Kupferlegierungen mit Zinn kommen in der Elektro(nik)-industrie zum Einsatz. Allein bei der Produktion von verzinnten Halbzeugen entstehen zwischen 40.000 und 50.000 Tonnen Schrott pro Jahr. Diese  Reststoffe werden hauptsächlich in Raffinationshütten aufbereitet: Außer Kupfer werden alle anderen Legierungselemente wie Zink verdampft, verschlackt und als Zinnderivat zu komplexer mehrstufiger Zinnrückgewinnung exportiert. Bis heute existiert keine effiziente Technologie, um dieses Zinn zu recyceln. Die Proassort GmbH hat deshalb eine neue Technologie zur Entschichtung von Zinn entwickelt. Dabei werden die  Kupferschrotte zunächst in einem Schwingrinnen-Beizreaktor blank gebeizt. Die automatische Beizmedien- und Spülwasserregeneration erfolgt unter Ausfällung der wertvollen Zink- beziehungsweise Zinn-Metalloxide. Diese Metalloxide stehen wahlweise als Suspension oder stichfeste Masse mit bis zu 70 Prozent Zink- oder Zinngehalt als Nebenprodukt zur Verfügung und können in konventionellen Schmelzöfen zu metallischem Zinn reduziert werden. Insgesamt benötigt das neue Verfahren weniger als ein Zehntel der bislang üblicherweise verwendeten Raffinade-Energie.

Schmiedereste für Metall-3D-Druck

Schmiedereste, die in Schmiedebetrieben anfallen, gehen vielfach in Form von Metallschrott verloren. Um das zu vermeiden, entwickelte die Rosswag GmbH, die größte Freiformschmiede Süddeutschlands – wie es heißt –, ein innovatives Recyclingverfahren. Dabei entsteht aus Schmiederesten durch erneutes Aufschmelzen und anschließendes Verdüsen ein feinkörniges Metallpulver. Dieses kann über Metall-3D-Druck auf geschmiedete Bauteile gedruckt werden. Das Fertigungsverfahren dient der formlosen Herstellung von Bauteilen aus Metall. Das Verfahren wird oft auch als Selective Laser Melting (SLM), Direct Metal Laser Sintering (DMLS), LaserCusing, Additive Layer Manufacturing oder 3D-Druck in Metall bezeichnet. Damit lassen sich Prototypen, Werkzeuge und Kleinserien direkt aus dreidimensionierten CAD-Daten produzieren. Es können sowohl mehrere gleiche wie auch unterschiedliche Bauteile in einem Fertigungsprozess parallel hergestellt werden. Ebenfalls sind Hybridbauteile möglich, bei welchen auf einen konventionell gefertigten Grundkörper generativ eine komplexe Struktur aufgebracht wird.

Hybrid-Schutzschicht für Batterien

Die Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC arbeitet mit Partnern aus Industrie und Forschung an der nächsten Generation von Lithium-Ionen-Batterien. Die dafür notwendigen Rohstoffe wie Kobalt, Graphit, Kupfer und Lithium sind jedoch nur begrenzt verfügbar. Aus diesem Grund erforscht(e) die Projektgruppe Substitutionsstrategien und Recyclingkonzepte und entwickelte eine neuartige Beschichtung, die das Elektrodenmaterial während des Batteriebetriebs schützt. Dadurch wird ein deutlich effizienterer und längerfristig stabiler Betrieb der Batteriezellen und der gesamten Batterie als mit unbeschichteten Materialien ermöglicht. Die Verwendung des innovativen Hybridpolymers verspricht eine annähernd doppelt so lange Lebensdauer und trägt durch ein neues Feststoffbatterie-Zelldesign auch zu erhöhter Sicherheit und Nachhaltigkeit der Batterien bei. Die speziellen Beschichtungen können außerdem für ein effizienteres Batterierecycling eingesetzt werden, indem rückgewonnene Elektroden-Materialien für einen direkten Wiedereinsatz aufbereitet werden.

Weitere Informationen zu den nominierten Preisträgern sind unter www.deutscher-rohstoffeffizienz-preis.de/DREP/DE/Downloads/Deutscher%20Rohstoffeffizienz-Preis%202017%20Brosch%C3%BCre.pdf [2] erhältlich.

(EUR0417S53)