LEDs wirtschaftlich recyceln

In Fernsehern und Leuchtmitteln sind LEDs massenhaft verbaut. Und auch zum Beispiel in Autoscheinwerfern immer häufiger. Noch gibt es kein geeignetes Recyclingverfahren für die Leuchtdioden. Am Fraunhofer-Institut für Silicat­forschung ist eine Methode entwickelt worden, die Komponenten von LED-Leuchtmitteln mechanisch trennt.

In modernen Leuchtmitteln sind unterschiedliche Materialien verbaut: Glas oder Kunststoff im Gehäuse, Keramik oder Aluminium im Kühlkörper, Kupfer in Widerständen oder Kabeln – und im Innern der Leuchtdioden, kurz LEDs (Light Emitting Diodes): Indium und Gallium in der Halbleiterdiode und Seltene Erden wie Europium oder Terbium im Leuchtstoff. Die Dioden herzustellen, ist deswegen vergleichsweise teuer. Und die Margen sind gering. „Schon jetzt fallen bei den Recyclern erste LED-Produkte an, die gegenwärtig nur gelagert werden können und für die es keinen geeigneten Recyclingprozess gibt“, verweist Jörg Zimmermann aus der Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC in Alzenau und Hanau, auf die Notwendigkeit, diese wertvollen Materialien zurückzugewinnen. Es sei nur eine Frage der Zeit, bis die Verwerter auf das LED-Recycling umsteigen müssten.

Mithilfe von Druckwellen

Fraunhofer ISC entwickelte hier ein neues Verfahren, das sich als möglicher Weg zum wirtschaftlichen Recycling von LEDs darstellt: Mithilfe der „elektrohydraulischen Zerkleinerung“ werden die LED-Leuchtmittel in ihre Einzelteile zerlegt, ohne dabei die LEDs selbst zu zerstören. Druckwellen elektrischer Impulse lösen dabei in einem Wasserbad die einzelnen Komponenten mechanisch exakt an ihren Sollbruchstellen ab. Die Bauteile können separat wiederverwertet werden. Ihren Versuchsaufbau haben die Forscher für Retrofit-Leuchtmittel angepasst. Sie ähneln in ihrem Aussehen der klassischen Glühbirne oder Leuchtstoffröhre und können genau wie diese in handelsübliche Lampenfassungen geschraubt werden. Prinzipiell funktioniert die Methodik aber auch bei anderen Größen, zum Beispiel bei LEDs aus Fernsehgeräten und Autoscheinwerfern oder bei anderen elektronischen Bauteilen, die sauber und rein getrennt werden können. Jörg Zimmermann: „Um alle Komponenten eines LED-basierten Leuchtmittels effizient zu separieren und wiederzuverwerten, bedarf es eines völlig anderen Zerkleinerungskonzepts, welches zu größeren Mengen an Halbleiter- und Leuchtstoff-Komponenten führt.“ Würde der Retrofit als Ganzes zerkleinert, wäre es um ein Vielfaches schwerer, die unterschiedlichen Stoffe in der klein gemahlenen Mischung zu sortieren.

Durch das Auftrennen in die einzelnen Komponenten ließen sich auch größere Mengen der in ihnen enthaltenen Stoffe leichter zurückgewinnen. „Dies gelingt, indem man viele ähnliche Komponenten sammelt, in denen die Konzentration einzelner Stoffe bereits höher ist. Für Recycler und Hersteller lohnt sich das Wiederverwerten nur, wenn sie größere Mengen verwerten“, führt Zimmermann weiter aus. „Wir testen noch, ob man das Zerkleinern zukünftig so oft wiederholen kann, bis man die gewünschten Stoffe separiert hat.“ Die Forscher können die Parameter des Versuchsaufbaus derart einstellen – zum Beispiel die Art und Menge des flüssigen Mediums, Behältergröße, Spannung, die den elektrischen Impuls erzeugt –, dass genau an den Sollbruchstellen getrennt wird. „Insbesondere die Anzahl der Pulse bestimmt, in welcher Weise die Bauteile separiert werden“, erläutert der Experte. Die elektrohydraulische Zerkleinerung soll nun im Detail weiter analysiert, verbessert und für weitere Anwendungen ausgeweitet werden.

www.isc.fraunhofer.de

Foto: Fraunhofer ISC/IWKS

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