Spezialöfen machen Metalle wiederverwendbar: Lösung für anstehende Engpässe

Die Produktion von Batterien, Telefonen, Laptops und anderer Elektronik wächst weiter. Damit wächst auch der Berg an Elektronikschrott. Tausende von Kilogramm verwertbarer Metalle liegen heute auf den Deponien. Das Studententeam CORE der Technischen Universität Eindhoven (TU/e) hat ein relativ einfaches Verfahren entwickelt, um diese Metalle wieder in reine Elemente zu verwandeln. Auf diese Weise können sie wiederverwendet werden und die Metallversorgung ist dauerhaft gesichert.

Die Erde hat ein eigenes Verfahren zur Verwertung von Abfällen. Abfälle landen beispielsweise über verunreinigte Luft und bröckelnde Steine in Flüssen. Die Flüsse leiten sie weiter ins Meer, wo alles langsam nach unten sinkt und dann durch die Risse zwischen den tektonischen Platten im Erdkern verschwindet. Dort ist es so heiß, dass die Materialien wieder in reine Elemente zerfallen. Der Erdkern drückt diese Elemente, wie z.B. Metalle, zurück in die Erdkruste, wo sie von Menschen abgebaut werden können. Dieser Prozess dauert 35 Millionen Jahre. Das ist viel zu lange, um den Anforderungen der heutigen Industrie gerecht zu werden. In 35 Jahren sind beispielsweise die Lithium- und Kobaltvorkommen erschöpft. “Deshalb haben wir einen Ofen entwickelt, in dem dieser Prozess in etwa einer Woche stattfindet”, sagt Dirk van Meer, Teamchef des Team CORE.

Kinder mit Bleivergiftung

Das Recycling von Metallen auf diese Weise ist nicht nur für die Elektronikproduktion sinnvoll. Es löst auch ein soziales Problem. “Alte Telefone und Computer werden heute hauptsächlich nach Afrika und China geschickt. Dort müssen kleine Kinder verwertbare Teile aussortieren, um sie zu verkaufen”, sagt Van Meer. “Der Verbrennungsprozess zur Zerstörung der Elektronik erzeugt saure Flüsse. Die Kinder erleiden oft eine tödliche Bleivergiftung.”

Mit den Recycling-Fabriken des Eindhovener Schülerteams gehören diese Szenen der Vergangenheit an. Sie wollen in jeder Provinz der Niederlanden eine Fabrik mit einem Recyclingofen errichten. “Dann muss der Abfall nicht sehr weit transportiert werden. Das macht einen Unterschied in Bezug auf Umweltbelastung und Kosten.” Im Jahr 2020 wird die erste Fabrik im Norden des Landes gebaut. Es folgt voraussichtlich eine Fabrik im Süden und in der Mitte des Landes.

Vom Abfall zu reinen Elementen

In den Elektroöfen werden energiereiche Abfälle, wie z.B. Schlamm, und energiearme Abfälle, wie z.B. Metall, miteinander vermischt. “Auf diese Weise müssen wir den Ofen nur einmal einschalten und dann bleibt er durch die Energie aus dem Abfall warm”, erklärt der Chemietechnik-Student. “Darüber hinaus wird uns ermöglicht, eine Vielzahl von Abfallstoffen zu verarbeiten, die für die Industrie normalerweise nutzlos sind.” Das Team CORE hat eine Partnerschaft mit Auto Recycling Nederland (ARN). “Nach dem Recycling bleiben von einem Auto nur wenige Prozente übrig. Die können wir in unserer Maschine verarbeiten.” Produkte wie Altfahrzeuge, Telefone und Laptops werden zunächst in Partikel von etwa einem Zentimeter pulverisiert. Dann kommen sie in den Ofen.

Die Verbrennungsanlage teilt diese Abfallprodukte in reine Elemente. Dabei entstehen drei Schichten: die Metall-, Schlacken- und Mineralschicht. “Im Prinzip geht es nur um das Metall. Daraus können neue Produkte hergestellt werden.” Das Team hat auch nach neuen Anwendungen für die Schlacken- und Mineralschichten gesucht. “Verschiedene Rückstände wie Gummi werden in die Schlacke eingebracht. Das ist vergleichbar mit Teer”, sagt Van Meer. Deshalb wird Schlacke häufig im Bauwesen eingesetzt. “Die Schlacke aus verschiedenen Metallfabriken wird bereits im Bauwesen eingesetzt. Es gibt genug Nachfragen, um unsere Schlacke auch dorthin zu liefern.”

Stein absorbiert CO2

Die Mineralschicht besteht hauptsächlich aus Obsidian. Dies ist ein Gestein, das bei einem Vulkanausbruch entsteht, wenn die Lava zu schnell abkühlt. “Diese Substanz kann CO2 in ihrer Struktur aufnehmen. Wir können es in der obersten Schicht von Straßen verwenden. So absorbiert es beispielsweise einen Teil der CO2-Emissionen von Autos. Außerdem bleibt das Gestein 1,5 Grad wärmer als der aktuelle Asphalt. Das spart im Winter viel Streusalz.” Mit dieser Idee gewann das Team CORE Anfang des Jahres den TU/e Wettbewerb.

Kreislaufwirtschaft

So trägt das CORE-Team auf vielfältige Weise zu einer Kreislaufwirtschaft bei. Das ist ein großer Traum von Teamkapitän Van Meer. Seiner Meinung nach kann eine kreisförmige Produktion nur erreicht werden, wenn Unternehmen zusammenarbeiten. “Wir wollen die Abfallströme aufgreifen, die andere Unternehmen nicht nutzen. Durch die Zusammenarbeit mit uns verbessert sich auch die Position von Unternehmen, die normalerweise nichts mit diesen Abfallströmen machen. Sie können sagen, dass sie nachhaltiger arbeiten”, sagt er. “Ich sehe in diesem Bereich keinen Sinn für Wettbewerb. Es gibt noch so viele Dinge zu tun, die niemand sonst tut.”

Die Fabriken mit den Recyclingöfen, die das Team CORE aufstellen will, werden ebenfalls von separaten Unternehmen betrieben, die zusammenarbeiten. So wird beispielsweise die IVER BV das Werk im Norden betreiben. “Private Investoren, die Noordelijke Ontwikkelings Maatschappij und die Rabobank werden das Werk dort finanzieren. Letztendlich wird das Unternehmen eines privaten Investors die Fabrik leiten.” Eine Reihe von Studenten aus dem Studententeam werden in diesem Unternehmen arbeiten. Der Rest wird sich weiterhin auf die Forschung konzentrieren. Das Studententeam selbst ist eine Basis, auf der die Studenten an der Entwicklung der Technologie weiterarbeiten.

Herausforderungen für die Studierenden

Van Meer: “Auf diese Weise kann jeder seine Ambitionen weiterentwickeln und seine eigenen Ziele erreichen.” Das Team besteht aus 28 Studenten aus verschiedenen Studiengängen und Studienjahren. Die persönliche Entwicklung der Teammitglieder ist ihm sehr wichtig. “Ich möchte, dass jeder an einer Aufgabe arbeitet, die ihn anspricht. Die Menschen sollten Spaß haben an dem, was sie tun und gleichzeitig daraus lernen. Das ist der wichtigste Ausgangspunkt eines Schülerteams.” Das Team ist Teil des TU/e Innovationsraums. Ein Ort an der Universität, an dem die Studierenden bei der Einrichtung und Leitung eines Studententeams oder einer Neugründung beraten werden. “Es gibt viele erfahrene Menschen, die uns in verschiedenen Angelegenheiten unterstützen können. Darüber hinaus helfen wir auch anderen Teams, mit dem gewonnenen Wissen voranzukommen. Zum Beispiel im Bereich der Förderanträge.”

Neben der harten Arbeit gibt es auch Raum für Entspannung. Der Vorsitzende sieht sein Team als eine Gruppe von Freunden. “In einem Moment trinken wir zusammen ein Bier und im nächsten sind wir damit beschäftigt, soziale Probleme zu lösen.