Die Entwicklung einer nachhaltigen Aluminium Recyclingtechnologie steht im Mittelpunkt eines aktuellen Forschungsprojekts am Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie der Montanuniversität Leoben. In enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern wird ein innovativer Aufbereitungsprozess getestet, der es ermöglicht, Aluminium aus gebrauchten Kaffeekapseln rückzugewinnen. Im Fokus steht dabei die Umsetzung eines geschlossenen Materialkreislaufs im Sinne des Circular Engineering-Ansatzes der Universität.
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Recyclingquote und technologische Herausforderungen
Trotz vorhandener Sammelsysteme liegt die Recyclingquote für gebrauchte Kaffeekapseln in Österreich derzeit bei lediglich rund 30 %. Wesentliche technische Herausforderung im bisherigen Recyclingprozess stellt laut Projektbeteiligten der hohe Anteil an organischen Rückständen wie Kaffeesud im Verhältnis zum Verpackungsmaterial dar. Diese Verunreinigungen führen in den Schmelzprozessen der Aluminiumhütten zu ökonomischen und prozesstechnischen Einschränkungen.
Neue Ansätze zur Trennung und Wiederverwertung
Am Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie wird in Zusammenarbeit mit Firmenpartnern ein Verfahren entwickelt, das Aluminium aus Kaffeekapseln in einer Form rückgewinnt, die eine Wiederverwendung beispielsweise in der Herstellung neuer Kaffeekapseln erlaubt. Ass.-Prof. Dr. Eva Gerold wies darauf hin, dass das in den Kapseln enthaltene Aluminium sehr wertvoll sei und im Sinne einer Kreislaufwirtschaft unbedingt erhalten bleiben sollte. Sie erklärte: „Nespresso-Kapseln bestehen aus etwa 0,5 bis 1 Gramm Verpackungsmaterial, wobei Aluminium den Hauptbestandteil darstellt, und beinhalten eine Kaffeemenge von etwa 6 Gramm.“ Die Herausforderung liege darin, die Bestandteile effizient voneinander zu trennen.
Legierungsvielfalt als zentrale Recyclinghürde
Ein zentrales Problem besteht in der Vielfalt der eingesetzten Aluminiumlegierungen. Gerold erklärte: „Es gibt ein Sprichwort in der Metallurgie: Was einmal im Aluminium ist, bleibt im Aluminium.“ Sie führte weiter aus, dass Aluminiumlegierungen je nach Anwendungsgebiet – beispielsweise für Autotüren oder Kaffeekapseln – unterschiedliche Eigenschaften aufweisen müssen. Während Autotüren Stabilität und Formtreue erfordern, kommt es bei Kaffeekapseln auf Dichtigkeit und Walzbarkeit an. Diese unterschiedlichen Anforderungen erschweren den Wiedereinsatz des recycelten Materials in spezifischen Anwendungen.
Ein weiteres Problem sei laut Gerold die geringe Sortenreinheit des gesammelten Aluminiumschrotts, wodurch eine exakte Reproduktion einer bestimmten Legierung nicht möglich sei. In solchen Fällen entstünden häufig Gusslegierungen, die traditionell in der Herstellung von Motorblöcken verwendet würden. Da dieser Markt mit der Transformation zur Elektromobilität schrumpft, sei die Entwicklung alternativer Verwertungsstrategien dringend notwendig. Ziel des Projekts sei es daher, Legierungen und Recyclingprozesse zu entwickeln, die unterschiedliche Gehalte an Legierungselementen tolerieren.
Prozessschritte zur Herstellung von Aluminiumfolien
Für die experimentelle Validierung des Verfahrens stellt ein Industriepartner unterschiedlich aufbereitetes Kapselmaterial zur Verfügung. Dieses variiert im Anteil organischer Bestandteile und im Zerkleinerungsgrad. Die Verarbeitung beginnt mit dem Schreddern der Kaffeekapseln und der Abtrennung des Kaffees. Im Anschluss werden organische Rückstände wie Öle und Lacke unter Ausschluss von Sauerstoff – zum Beispiel durch Zugabe von Stickstoff – thermisch entfernt. Die dabei entstehenden Gase mit hohem Heizwert dienen der Beheizung des Schmelzofens.
Um eine Oxidation des Aluminiums zu minimieren, wird das Material vor dem Schmelzvorgang verdichtet. Die Vorprodukte werden in Zweikammeröfen zunächst abgeschwelt und anschließend in das Schmelzbad überführt. Gerold erläuterte, dass durch eine Salzbehandlung Verunreinigungen entfernt und die Zusammensetzung der Schmelze optimiert werde. Anschließend entstehen kleine Aluminium-Barren, die im Miniwalzgerüst des Lehrstuhls zu Folien mit einer Enddicke von 0,1 mm ausgewalzt werden.
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Perspektive: Closed-Loop-Recycling für Kaffeekapseln
Ziel ist es, die am Lehrstuhl hergestellten Aluminiumfolien in einem nächsten Projektschritt durch einen Industriepartner erneut zu Kaffeekapseln weiterzuverarbeiten. Damit ließe sich ein geschlossener Materialkreislauf etablieren. Gerold wies jedoch darauf hin, dass das recycelte Aluminium nicht zwangsläufig wieder zu einer Kapsel verarbeitet werden müsse. Je nach Legierungsanforderung könne daraus ebenso gut eine Getränkedose oder ein Laptop entstehen.
Forschung im Kontext des Circular Engineering
Die Montanuniversität Leoben versteht sich als technologische Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und industrieller Anwendung. Mit einem besonderen Fokus auf Circular Engineering zielt die Universität darauf ab, Stoffkreisläufe zu schließen, den Ressourcenverbrauch zu senken und die Umweltbelastung zu reduzieren.
Mit rund 3 000 Studierenden und etwa 1 000 Mitarbeitenden verfolgt die Universität eine praxisnahe Ausbildung in 13 Bachelor- und 26 Masterstudienprogrammen. Die Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen Ressourcen, Werkstoffe und Prozesse. Neben einer hohen internationalen Vernetzung ist auch die Zusammenarbeit mit Industriepartnern ein integraler Bestandteil der universitären Struktur.
