Forschungsprojekt »Plattformtechnologie zur Verwertung chlorhaltiger Abfälle und Rückgewinnung kritischer Metalle – Chlor-Plattform«

Rückgewinnung von High-Tech-Metallen mit Hilfe von PVC-Abfällen

Pressemitteilung / 17. Januar 2022

Das Fraunhofer Institut UMSICHT, Standort Sulzbach-Rosenberg forscht gemeinsam mit der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden, der Universität Regensburg und der SKH GmbH an einem Verfahren zur Verwertung von chlorhaltigen Abfällen. Diese sollen eingesetzt werden, um kritische Metalle aus Elektronikschrott und anderen Stoffströmen zurückzugewinnen.

Chlorierungsreaktor bei Fraunhofer UMSICHT zur Chlorierung der kritischen Metalle.

2110_ProjektlogoVerfahrensfließbild_ — © Fraunhofer UMSICHT
Prozessschema der »Chlor-Plattform« zur Rückgewinnung kritischer Metalle und rohstofflichen Verwertung chlorhaltiger Abfälle

Der Projektverbund ForCYCLE II wird vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz finanziert.

Projektziele

Mit dem Projekt »Chlor-Plattform« soll eine neue rohstoffliche Verwertung von chlorhaltigen Kunststoffabfällen bei gleichzeitiger werkstofflicher Rückgewinnung von versorgungskritischen Metallen erschlossen werden. Für viele der betrachteten High-Tech-Metalle, wie Indium oder Metalle der seltenen Erden, wird so erstmalig ein Recycling aus End-of-Life Abfällen möglich. Mit der Technologie ist es potenziell möglich, mehrere zehntausend Tonnen HCl und damit mehrere tausend Tonnen Hightech-Metalle aus Abfällen wiederzugewinnen.

Mögliche Anwender der Technologie sind Entsorgungs- und Recyclingunternehmen, vor allem aber auch das weiterverarbeitende und produzierende Gewerbe. Zurückgewonnene High-Tech-Metalle aus Abfällen könnten einen Beitrag zur Sicherung der Rohstoffversorgung von Produktionsprozessen, mehr Resilienz in den Lieferketten und mehr Nachhaltigkeit leisten.

Ausgangssituation

Chlorhaltige Kunststoffabfälle - darunter fallen vor allem Abfälle mit Polyvinylchlorid (PVC) zum Beispiel aus Altfahrzeugen oder dem Bausektor - werden überwiegend thermisch verwertet (62% in 2017). Der Chlorwasserstoff (HCl), der bei der Verbrennung entsteht, muss aufwändig aus dem Rauchgas entfernt oder neutralisiert und deponiert werden. Das ist nötig, um Korrosion von Anlagenteilen zu verhindern und der Bildung hoch-toxischer Dioxine und Furane vorzubeugen.

Was das Recycling von High-Tech-Metallen anbelangt, existieren für besonders werthaltige Metalle wie Platingruppenmetalle (PGM) bereits etablierte Recyclingverfahren, z.B. in Scheideanstalten oder integrierten Kupferhütten. Noch keine optimalen Verwertungsrouten gibt es für den überwiegenden Teil kritischer Metalle. Hierzu gehören z.B. Metalle der seltenen Erden oder Indium, welche für Elektronikgeräte und -bauteile wie Leuchtdioden (LED), Glasfaserkabeln oder LCD-Panels benötigt werden. Diese Metalle fallen meist in Rest- oder Nebenfraktionen von größeren Abfallströmen an (z.B. bei der Verwertung von Elektro- und Elektronikaltgeräten). Das werkstoffliche Recycling gestaltet sich bei diesen Abfallarten schwierig bis unmöglich und bei der thermischen Verwertung gehen die enthaltenen Metalle de facto verloren.

Lösungsansatz

Mithilfe eines thermo-chemischen Dechlorierungsschrittes auf Basis der am Fraunhofer Institut UMSICHT entwickelten iCycle-Technologie wird zunächst aus chlorhaltigen Kunststoffabfällen ein HCl-haltiges Gas erzeugt. Das HCl wird mit den metallhaltigen Abfällen zur Reaktion gebracht (Chlorierung), woraufhin die enthaltenen Metalle in ihre Metallchloride überführt werden. Aufgrund der geringeren Siedepunkte der Metallchloride verdampfen diese und werden gezielt auskondensiert. So entsteht ein metallreiches, flüssiges Konzentrat. Durch weitere Verfahrensschritte werden die Metalle extrahiert, getrennt und in vermarktungsfähige Zielprodukte überführt, die dann wieder in der High-Tech-Industrie eingesetzt werden können.

Neben der Gasphase entsteht als Nebenprodukt ein kohlenstoffreicher fester Rückstand. Dieses (chlorfreie) Karbonisat kann in Produktionsprozessen, z.B. in der Metallurgie oder beim Glasrecycling, als Substitut für fossile Energieträger verwendet werden.

Projektverbund ForCYCLE II

Das Projekt »Plattformtechnologie zur Verwertung chlorhaltiger Abfälle und Rückgewinnung kritischer Metalle – Chlor-Plattform« ist eines von elf Projekten des Projektverbundes ForCYCLE II unter Leitung der OTH Amberg-Weiden. Im Verbund werden innovative technologische Lösungen zur Steigerung der Ressourceneffizienz entwickelt. Der Projektverbund ForCYCLE II wird vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz finanziert.

Film zum Projektverbund ForCYCLE II

Der Film gibt einen Einblick in das Aufgabengebiet der Plattformtechnologie zur Verwertung chlorhaltiger Abfälle und Rückgewinnung kritischer Metalle.

Letzte Änderung: 17. Januar 2022

Recycling von Hightech-Metallen mittels chlorhaltiger Abfälle – Forschungsprojekt in Zusammenarbeit mit OTH Amberg-Weiden gestartet

Pressemitteilung Update I 22. November 2022

Im Rahmen des Projektverbundes »ForCYCLE Technikum« wird die Forschung ur Rückgewinnung von High-Tech Metallen aus Abfällen fortgesetzt.

Fraunhofer UMSICHT in Sulzbach-Rosenberg kooperiert mit der OTH Amberg-Weiden, sowie den Unternehmen Lober GmbH & Co. KG und GRAMET GmbH & Co. KG. Das Projekt zielt auf die Rückgewinnung von Hightech-Metallen ab und nutzt dafür Schadstoffe, die bei der Kunststoffentsorgung anfallen. Es sollen ressourcenschonende und klimafreundliche Technologien für die bayeri-sche Wirtschaft (weiter-)entwickelt werden und zur Anwendung in Unternehmen führen. Neben dem effizienten Einsatz von Ressourcen spielt Recycling dabei eine wichtige Rolle.

Projektziel ist die Weiterentwicklung eines Verfahrens, das im Labormaßstab bereits erfolgreich bei Fraunhofer UMSICHT getestet wurde und jetzt in einen größeren Versuchsmaßstab übertragen wird. »Mit der Technologie ist es möglich allein in Bayern mehrere zehntausend Tonnen Chlorwasserstoff zu erzeugen und damit mehrere tausend Tonnen Hightech-Metalle aus Abfällen wiederzugewinnen«, sagt Michael Peer, Projektleiter bei Fraunhofer UMSICHT. »Betreiber einer solchen Anlage könnten Entsorgungs- und Recyclingunternehmen sein.« Besondere Beachtung im Projekt findet daher die Validierung der ökologischen und ökonomischen Prozesskette. Das bedeutet, dass die recycelten Hightech-Metalle aus den Abfällen auch markt- und wettbewerbsfähig sein müssen.

»Einzigartig an diesem Projekt ist, dass wir die Verwertung chlorhaltiger Abfälle und die Rückgewinnung von Hightech-Metallen miteinander verbinden«, erläutert Prof. Dr.-Ing. Burkhard Berninger, Projektleiter an der OTH Amberg-Weiden: »Das heißt, wir nutzen Chlorwasserstoff, der bei der thermochemischen Verwertung von Abfällen mit Polyvinylchlorid (PVC), z. B. aus Altfahrzeugen oder dem Bausektor entsteht und somit die Chlorproblematik bei der thermischen Verwertung reduzieren soll. Dieser wird dann wiederum eingesetzt, um Hightech-Metalle wie Indium, Kobalt oder Seltene Erden aus LCD-Panels und LEDs zurückzugewinnen. Bis jetzt gehen diese Metalle oft verloren, da es, anders als zum Beispiel für Platingruppenmetalle, noch keine optimalen Recyclingverfahren gibt.«

»Dieses Forschungsprojekt und der gesamte Projektverbund sind ausgezeichnete Beispiele für gelebten Technologietransfer. Hochschulen, Institute und Unternehmen entwickeln hier zusammen nachhaltige Lösungen für relevante Zukunftsprobleme, die Unternehmen aber auch uns allen zugutekommen«, betont Prof. Dr. Clemens Bulitta, Präsident der OTH Amberg-Weiden.

Konkreter Projektablauf

Im Projektverlauf wird bei Fraunhofer UMSICHT in Sulzbach-Rosenberg eine Demonstrationsanlage installiert und Versuchskampagnen durchgeführt. Dafür stellt die Firma Lober GmbH und Co. KG PVC-haltige Kunststoffabfälle zur Verfügung, die zur Behandlung von LCD-Panels bzw. LEDs verwendet werden. Dabei entstehen feste und flüssige Metallkonzentrate, die im Anschluss an der OTH Amberg-Weiden weiterverarbeitet werden. Hier werden die unterschiedlichen Hightech- Metalle aus den Metallkonzentraten aufgetrennt und dem Wirtschaftskreislauf zur Verfügung gestellt. Die Firma GRAMET GmbH und Co. KG untersucht die Hightech-Metalle abschließend auf ihre Reinheit und auf eine mögliche Marktplatzierung. Für weitere Produkte, die während des Verfahrens erzeugt werden, wird die Weiterverwendung ebenfalls eruiert.

Am Projektende soll es möglich sein, auch bei Entsorgungsfirmen solche Anlagen zu errichten. Aus den erzeugten Metallkonzentraten können dann Hightech-Metalle zurückgewonnen werden und so zur Versorgungssicherheit der bayerischen Wirtschaft beitragen.

Projektverbund ForCYCLE Technikum

Das Projekt »Technologie zur Schadstoffentfrachtung von chlorhaltigen Abfällen und Rückgewinnung von Hightech-Metallen – CHM-Technologie« ist eines von fünf Projekten des Projektverbundes »ForCYCLE Technikum« unter Leitung der OTH Amberg-Weiden. Das Projekt wird mit über 780.000 Euro vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz finanziert und durch das Ressourceneffizienz-Zentrum Bayern (REZ) am Landesamt für Umwelt koordiniert.

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