Forschung 17.05.2019, 07:01 Uhr

Elektroschrott mit gepulsten Entladungen recyceln

Die Berge an Elektroschrott wachsen. Manche Recyclingverfahren sind teuer oder funktionieren nur mit giftigen Chemikalien. Japanische Forscher zeigen, dass gepulste elektrische Entladungen eine Alternative darstellen könnten.

Elektroschrott

Elektroschrott könnte mit elektrischen Entladungen künftig leichter recycelt werden.

Foto: pn_photo / Panthermedia.net

Pro Jahr fallen laut Global E-Waste Monitor weltweit 44,7 Millionen Tonnen Elektroschrott an. Bei den Verursacherländern steht China an erster Stelle (5,2 Kilogramm pro Einwohner), gefolgt von den USA (6,3 Kilogramm) und von Japan (2,1 Kilogramm). Deutschland (1,9 Kilogramm) rangiert an fünfter Stelle. Da die Anzahl der elektronischen Geräte weltweit zunimmt, ist mit einer Trendumkehr nicht zu rechnen. Auch der Lebenszyklus vieler Geräte verringert sich.

Tomohiko Yamashita von der Graduate School of Science and Technology der Kumamoto University berichtet, dass nur 20% des gesamten Elektroschrotts recycelt würden, während 80 % auf Deponien entsorgt würden. Er kritisiert nicht nur Umweltschutzaspekte, sondern weist auf die Verschwendung wertvoller Ressourcen hin. Weitere Experten bestätigen dies: Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI und das Deutsche Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung IZT rechnen ab 2030 bereits mit Engpässen bei seltenen Metallen. Viel spricht für Recycling, doch bekannte Verfahren haben ihre Nachteile. Neben Geräten zur Zerkleinerung des Materials benötigen Firmen teure, giftige Chemikalien, um Edelmetalle aus dem Gemisch heraus zu lösen. Japanische Forscher stellen jetzt eine sauberere und effizientere Recyclingmethode vor. Sie arbeiten mit gepulsten elektrischen Entladungen.

Gepulste Energie mit neuem Einsatzgebiet

Bislang wussten Ingenieure nur, dass gepulste Energie bei der Aufbereitung verschiedener Abfälle von Beton bis Abwasser erfolgreich eingesetzt werden kann. Um zu testen, ob sich das Verfahren zum Recycling von Elektroschrott eignet, experimentierte Yamashita mit alten CD-ROMs. Die Forscher konnten zeigen, dass die vollständige Trennung von Metall und Kunststoff mit 30 Impulsen bei etwa 35 Joule pro Impuls möglich ist. Als Kostenfaktor geben sie umgerechnet 0,33 Cent für 100 CD-ROMs an, wobei ihren Kalkulationen der japanische Strompreis zugrunde liegt.

Danach ging es um die Frage, welche Mechanismen bei der Materialtrennung ablaufen. Dafür nahmen die Forscher die lasmaentladung mit einer Hochgeschwindigkeitskamera auf. Sie visualisierten Stoßwellen, um sie beurteilen zu können, und sie maßen, wie sich die Fragmente bewegten.

Mechanismen des Materialabbaus geklärt

Bilder im frühen Stadium der elektrischen Entladung zeigen zwei unterschiedliche Lichtemissionen, nämlich blauweiß und orange. Yamashita erklärt die Farben mit der Anregung von Aluminiumteilen sowie Kunststoffanteilen der CD-ROMs. Im nächsten Schritt beobachteten die Forscher, wie Plastik- und Metallfragmente vom Datenträger förmlich wegflogen.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Infineon-Firmenlogo
Senior Manager IT MES (w/m/div)* Infineon
Warstein Zum Job 
Infineon-Firmenlogo
Ingenieur Prüftechnik Leistungshalbleitermodule (w/m/div)* Infineon
Warstein Zum Job 
Infineon-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Elektrotechnik (w/m/div)* Infineon
Warstein Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in / Bauleiter*in (m/w/d) für Großprojekte der Bereiche Infrastruktur (Freileitung, Kabeltiefbau, Bahn) THOST Projektmanagement GmbH
Nürnberg,Hannover,Hamburg Zum Job 
CARVEX Verfahrenstechnologie für Lebensmittel und Pharma GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Verfahrenstechnik (m/w/d) CARVEX Verfahrenstechnologie für Lebensmittel und Pharma GmbH
Bad Hönningen Zum Job 
ABL GmbH-Firmenlogo
Senior Software Developer (m/w/d) eMobility ABL GmbH
Lauf a. d. Pegnitz Zum Job 
Albert Handtmann Maschinenfabrik GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Versuchsingenieur (m/w/d) Albert Handtmann Maschinenfabrik GmbH & Co. KG
Biberach Zum Job 
Brunel-Firmenlogo
Java Entwickler / Informatiker (w/m/d) Brunel
Dortmund Zum Job 
Brunel-Firmenlogo
Elektrokonstrukteur EPLAN P8/ELCAD (w/m/d) Brunel
Dortmund Zum Job 
Brunel-Firmenlogo
Elektroniker/Elektrotechniker (w/m/d) Brunel
Dortmund Zum Job 
Triathlon Batterien GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) Arbeitsvorbereitung Batteriemontage / Batteriefertigung für Lithium-Ionen-Batterien Triathlon Batterien GmbH
Glauchau Zum Job 
Murrelektronik-Firmenlogo
Embedded Software Funktionstester / Applikationstester (m/w/d) Murrelektronik
Oppenweiler, Kirchheim unter Teck (Home-Office) Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Sales Manager - Deployable Solutions (d/m/w) Airbus
Raum Friedrichshafen Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Synthetic Imagery & Sensor Simulation System Engineer Airbus
Raum Toulouse (Frankreich) Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Synthetic Imagery & Sensor Simulation System Engineer Airbus
Raum Toulouse (Frankreich) Zum Job 
Collins Aerospace-Firmenlogo
Produktionsplaner (m/w/d) Collins Aerospace
Nördlingen Zum Job 
Collins Aerospace-Firmenlogo
Strategischer Einkäufer (m/w/d) Collins Aerospace
Nördlingen Zum Job 
Deutsche Aircraft GmbH-Firmenlogo
Systems Engineer - Cooling Systems Power Electronics (f/m/d) Deutsche Aircraft GmbH
Weßling Zum Job 
TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH-Firmenlogo
Sachverständiger (m/w/d) Anlagensicherheit TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH
Darmstadt Zum Job 
TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH-Firmenlogo
Sachverständiger Elektrotechnik (m/w/d) TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH

Während des gesamten Prozesses fanden Wissenschaftler auf den Hochgeschwindigkeitsbildern charakteristische Schlieren, die sich mit Stoßwellen an beiden Elektroden erklären lassen. Jeder Impuls führte zu einem Druck von über 3,5 Megapascal. Ähnliche Werte erzeugt ein galoppierendes Pferd am Boden. „Unser Projekt hat gezeigt, wie wichtig Stoßwellen sind, wenn Impulsenergie zur Materialentfernung und -trennung beim Recycling von Elektroschrott eingesetzt wird“, fasst Hamid Hosano zusammen. Der Professor an der Graduate School of Science and Technology der Kumamoto University ergänzt: „Wir glauben, dass unsere Daten für die Entwicklung künftiger Recyclingprojekte wichtig sein werden.“

Elektroschrott: Viele Exporte in Entwicklungsländer

Bis zur Umsetzung in großem Stil kann noch Zeit vergehen, der Bedarf an neuen Verfahren ist groß. Einerseits gehen die Ressourcen wertvoller Seltenerdmetalle zur Neige. Anderseits enthalten viele elektronische Geräte Blei, Arsen, Cadmium und Quecksilber. Hinzu kommen, je nach Alter der Geräte, polybromierte Biphenyle, PVC, chlorierte, bromierte und gemischt halogenierte Dioxine.

Viele Länder, allen voran die USA, exportieren große Teile ihres Elektroschrotts in Schwellen- und Entwicklungsländer. Vor Ort ist nur selten mit fachgerechtem Recycling zu rechnen. Elektroschrott wird mit einfachsten Mitteln zerlegt. Oft kommen nur Hämmer und Zangen zum Einsatz. Kinderarbeit ist auch keine Seltenheit. Um an wertvolle Metalle zu gelangen, verbrennen Arbeiter die Reste im Freien. Ein leicht durchführbares, kostengünstiges Verfahren könnten die Recyclingquoten vor Ort verbessern – und gleichzeitig Arbeiter und Umwelt schonen.

Mehr zum Thema Recycling:

Ein Beitrag von:

  • Michael van den Heuvel

    Michael van den Heuvel hat Chemie studiert. Unter anderem arbeitet er für Medscape, DocCheck, für die Universität München und für pharmazeutische Fachmagazine. Seit 2017 ist er selbstständiger Journalist und Gesellschafter von Content Qualitäten. Seine Themen: Chemie/physikalische Chemie, Energie, Umwelt, KI, Medizin/Medizintechnik.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.