Recycling von kritischen Rohstoffen

Elektromotoren recyceln: Neue Quelle für Rohstoffe – © Siemens-Pressebild
Es ist inzwischen allgemein bekannt, dass Produkte wie Mobiltelefone, Digitalkameras, Flachbildschirme und Autos seltene Rohstoffe zu ihrer Herstellung benötigen. Kritische Metalle wie Indium (In), Gallium (Ga), Tellur (Te), Neodym (Nd) und Platin (Pt) sind aber auch wichtige Bestandteile in Technologien zur Energieumwandlung – beispielswiese in Photovoltaik-Modulen, Windturbinen und Brennstoffzellen. In Zukunft könnte ihr Recycling interessant werden.

Unter dem Titel „Recyclingpotenzial von kritischen Rohstoffen in Technologien zur Energieumwandlung“ hat sich Gernot Schittl in seiner Masterarbeit mit folgenden Fragestellungen aus diesem Themenkomplex beschäftigt:

  • Welche Rohstoffe werden als kritisch bezeichnet?
  • In welchen Energieumwandlungstechnologien werden diese eingesetzt?
  • Welche Menge an kritischen Rohstoffen wird für diese Technologien benötigt?
  • Welche Recyclingtechnologien existieren für deren Rückgewinnung?
  • Wie können kritischen Rohstoffe aus Energieumwandlungstechnologien am Ende ihrer Nutzungsdauer gesammelt und zurückgewonnen werden?
Steigende Mengen benötigt

Trotz steigenden Bedarfs erscheint Schittl die absolute Knappheit der in der Einleitung genannten Rohstoffe in absehbarer Zukunft zwar unwahrscheinlich, zukünftige temporäre Knappheiten hingegen seien nicht auszuschließen. Solange kein effektives Metallrecycling etabliert ist, könnten temporäre Knappheiten sogar die weitere Verbreitung von Energieumwandlungstechnologien einschränken.

Für die Zukunft wird von folgenden Größenordnungen ausgegangen:

Übersicht Produktion, Nachfrage und Anwendungsgebiete Rohstoff

Der verstärkte Einsatz von derartigen Technologien wird aber auch zu einem erhöhten Abfallaufkommen führen, das seltene Rohstoffe enthält. Das Recycling von kritischen Metallen hält Schittl in Zukunft konsequenterweise unter ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten für zunehmend interessanter.

Recyclingtechnologien und Sammelsysteme

Die folgende Tabelle zeigt eine Übersicht über Marktreife, vorhandene industrielle Recyclingverfahren und bestehende Sammel- bzw. Rücknahmesysteme:

Übersicht Marktreife, Recyclingverfahren und Sammel- bzw. Rücknahmesysteme

Das Recyclingpotenzial von kritischen Rohstoffen aus Dünnschicht-Modulen beträgt mehrere hundert Kilo für die betroffenen Metalle. Aus Sicht eines Entsorgungsunternehmens sind eigene Recyclinganlagen erst ab einer behandelten Menge von mehreren tausend Jahrestonnen an Inputmaterial ökonomisch sinnvoll.

In Österreich ist derzeit zwar ein Rücknahmesystem für Photovoltaik-Altanlagen vorhanden, nicht aber für Windkraftanlagen und Brennstoffzellen. In Deutschland haben Solarzellenhersteller, wie beispielweise FirstSolar oder Q-Cells, Recyclingprozesse für Photovoltaik-Produktionsabfälle bzw. EOL-Module etabliert. Deutschland weist die höchste installierte Kapazität an Photovoltaik-Anlagen in Europa auf und ist auch bei den gesammelten Mengen an Altmodulen im Recyclingnetzwerk PV CYCLE führend.

Der Rohstoffbedarf an Neodym für Windturbinen in Österreich im Jahr 2020, mit voraussichtlich mehreren Tonnen Bedarf, wird ebenfalls eine relevante Größe erreichen. Ausgediente Windkraftanlagen werden derzeit zumeist von den Herstellerfirmen zurückgenommen und recycelt. In diesem Zusammenhang verweist Schittl auf ein laufendes Forschungsprojekt von Siemens (Update: Link leider nicht mehr aufrufbar) zur Entwicklung von Recyclingtechnologien für Permanentmagnete, dessen Resultate bis 2014 vorliegen werden. Mit den erwarteten Ergebnissen wird das tatsächliche Recyclingpotenzial besser als bisher einzuschätzen sein.

Für die Sammlung und Verwertung von Brennstoffzellen dürfte die Integration in bestehende Recyclingprozesse für Platingruppenmetalle die sinnvollste Lösung darstellen, wie es beispielweise von der Firma Umicore angestrebt wird.

DI Gernot Schittl stellt seine vollständige Masterarbeit (PDF/4,1 MB) an der Bibliothek der Universität für Bodenkultur Wien kostenlos zum Download bereit: http://permalink.obvsg.at/bok/AC08980752
Update:
Die Arbeit ist in der Zwischenzeit als Buch erschienen und deshalb nach Auskunft des Autors nicht mehr gratis verfügbar. Sie kann nunmehr bei Amazon erworben werden.
Gernot Schittl: Recycling kritischer Metalle in Technologien zur Energieumwandlung
AV Akademikerverlag 2012

Ein Gedanke zu “Recycling von kritischen Rohstoffen

  1. Update:

    Mit kritischen Rohstoffen hat sich auch ein Team von Wissenschaftern der Montanuniversität Leoben, der Technischen Universität Wien und der Universität für Bodenkultur in Wien beschäftigt.

    Ziel dieser Studie ist es, die für Österreich relevanten Grundstoffe zu identifizieren und für für diese den Ist-Zustand des gesamten Produktlebenszyklus zu erheben: Rohstoffgeologie, Bergbau, Aufbereitung, Metallurgie, Sammlung sowie Recycling als auch Stoffflussanalysen werden berücksichtigt.

    Der Bericht wurde im Rahmen der Schriftenreihe „Berichte aus Energie- und Umweltforschung“ des BMVIT veröffentlicht und kann – wie auch eine Zusammenfassung der relevantesten Ergebnisse – hier abgerufen werden.

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