Circular Economy Metall-Kreislaufwirtschaft in der Steckverbinderindustrie (Teil 2)

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Mit einer neu entwickelten Trenn- und Sortiertechnik können Metall- und Kunststoffverbundschrotte nachhaltiger, kostengünstiger, energieeffizienter und CO₂-reduziert aufbereitet werden. Teil 2 beschreibt die Technologie und wirft einen Blick auf die CO₂-Bilanzen.

Bei der Herstellung von elektrischen und elektronischen Bauteilen entstehen je nach Fertigungsstufe typische Produktionsabfälle. Diese Abfälle sollten möglichst nachhaltig und klimaneutral zurückgewonnen werden, um den Rohstoffkreislauf zu schließen und den CO₂-Footprint des Herstellprozesses zu reduzieren.

Teil 1 dieses Beitrags gab einen Überblick zum Stand der Technik aktueller Aufbereitungsmethoden. In Teil 2 wird eine neuartige Trenntechnologie anhand von Beispielen vorgestellt. Ein Vergleich der CO₂-Bilanzen der neuen und klassischen Methoden rundet den Artikel ab.

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Geschredderte Fraktionen schneller sortieren

Um die bestehenden Nachteile der aktuell eingesetzten Sortiertechniken (siehe Teil 1) zu vermeiden, wurde eine neue Trenntechnologie entwickelt. Hierbei lassen sich die verschiedenen geschredderten Recyclingfraktionen schnell und optimal sortieren. Dies ermöglicht die Verknüpfung verschiedener Trenntechniken in Kombination mit unterschiedlichen Sensoren. Im Folgenden sollen zwei Beispiele die Vorteile gegenüber den herkömmlichen Methoden aufzeigen.

Beispiel 1: Bei diesem ersten Beispiel wird ein geschredderter Kunststoff-/Metallmix (Ausgangsmaterial, Bild 4) in das neue Verfahren eingebracht und nach Metall und Kunststoff sortiert. Die Problematik hierbei ist, dass verschiedene Kunststoffe mit unterschiedlichen Dichten vom Metall getrennt werden müssen. Die Metallfraktion sollte nach der Trennung sortenrein und frei von Kunststoffanteilen sein, um diese dann im Folgeprozess störungsfrei und nachhaltig aufzuarbeiten. Die Bilder 5 und 6 zeigen das Sortierergebnis der beiden sortenrein getrennten Fraktionen, die Metallfraktion frei von Kunststoffen und die metallfreie Kunststofffraktion.

Die dabei entstehenden Kunststoffabfälle können auf zwei verschiedene Arten verwertet werden, (werk)stofflich oder energetisch. Während bei der (werk)stofflichen Verwertung der Kunststoff wieder zu einem neuen Produkt verarbeitet wird, steht bei der energetischen Verwertung der Heizwert des Kunststoffs im Vordergrund [11].

Messing-Stanzschrotte sortieren

Beispiel 2: In Stanzbetrieben fallen sehr oft gemischte Stanzschrotte an. Dabei handelt es sich meist um selektiv beschichtete Materialien, die metallisch blanke und beschichtete Anteile aufweisen. In diesem Beispiel haben wir als Ausgangsmaterial einen Messing-Stanzschrott, der zum Teil selektiv mit Silber beschichtetet ist (Bild 7).

Dieser Materialmix war mit den bisherigen Methoden nicht trennbar und musste in der kompletten Menge dem Raffinationsprozess zugeführt werden. Dies ist sehr ineffizient und energieintensiv, da der Anteil an blankem Schrott unnötigerweise in den Raffinationsprozess mit einfließt und die Silberkonzentration im Gesamtmetall reduziert. Mit der aktuellen Trenntechnologie ist es möglich, ganz gezielt blanke, teilbeschichtete und auch vollbeschichtete Metallfraktionen zu sortieren (Bild 8), um diese dann dem passenden Folgeprozess zuzuführen.

Bild 8 zeigt links das blanke Material als Ergebnis des Sortierprozesses. Diese Fraktion muss nicht in die Raffination, sondern kann direkt zum Halbzeughersteller geliefert werden, der das Material aufgrund der Sortenreinheit als Rohstoff dem Herstellungsprozess direkt zuführen kann. In der Mitte von Bild 8 sind die teilbeschichteten Schrotte aussortiert. Der prozentuale Anteil der beschichteten Oberfläche, der sortiert werden soll, kann angegeben werden. Material mit einem zu geringen Silberanteil lässt sich daher gezielt der Aufarbeitung in den Kupferhütten zuführen.

Rechts in Bild 8 ist der sortierte Wertstoffanteil mit hohem Silbergehalt zu sehen, in diesem Fall rundum mit Silber beschichtet. Hier ist die Silberkonzentration sehr hoch und ist damit optimal vorbereitet für die Raffination bei den Edelmetallaufarbeitern, den sogenannten Scheideanstalten.

Sortenreine Trennung: Kein Veraschen mehr notwendig

Damit sind viele Probleme der aktuellen Aufarbeitung gelöst oder reduziert. Durch die Veredelung der Wertstoffe werden Kunststoffe und organische Bestandteile vor der Raffination entfernt und das kosten- und energieintensive Veraschen wird nicht mehr benötigt. Sowohl Stör- als auch Schadstoffe können abgetrennt werden, machen den Gesamtprozess günstiger und effizienter. Zusätzlich wird die ordnungsgemäße Entsorgung der Schadstoffe vereinfacht.

Durch die Möglichkeit der sortenreinen Trennung der Metallfraktionen in blankes, unedel- und edelbeschichtetes Material sind die Metallanteile in Menge und auch Konzentration dem Folgeprozess optimal angepasst und reduzieren damit den CO₂-Fußabdruck des Gesamtprozesses. Mit einem Durchsatz der Anlage von bis zu 4 t/h werden Wertstoffe im Vergleich zu aktuellen Sortiertechniken mehr als zehnmal schneller sortiert.

CO₂-Bilanzen: Stand der Technik vs. neue Trenntechnologie

Um die Prozesse vergleichbar zu machen, bedienen wir uns des CO₂-Äquivalentes. CO₂-Äquivalente (CO_2e) bezeichnen dabei eine Maßeinheit, mit der die Klimawirkung unterschiedlicher Treibhausgase auf einer fundierten Basis beschrieben werden kann. Sie ermöglicht die Rechnung der Klimawirkung verschiedener Treibhausgase im Vergleich zu Kohlenstoffdioxid [12]. Die CO₂-Äquivalente der einzelnen Prozessschritte werden dabei auf Basis des eingesetzten Rohstoffs in CO₂-Äquivalent pro kg Material (CO_2e/kg) transformiert.

Im Prozessschritt Veraschen wird Erdgas als Energiequelle genutzt und der durchschnittliche Gasverbrauch beträgt 13 kWh/kg Material. Beim Schmelzen und Raffinieren wird jeweils Strom als Energieträger verwendet. Die Durchschnittsverbräuche an Elektrizität liegen für das Schmelzen bei 3 kWh/kg und für das Raffinieren bei 7,6 kWh/kg Rohmaterial.

Basierend auf diesen Werten können mit Hilfe von Umrechnungsfaktoren aus der Literatur die CO₂-Äquivalente pro kg Rohstoff berechnet werden. Für Erdgas lautet dieser Faktor 201 g CO_2e/kWh und für Strom liegt dieser bei 435 g CO_2e/kWh [13]. Beim Trennen und Sortieren mit der neuesten Trenntechnologie werden ausschließlich regenerative Energien eingesetzt, so dass für diesen Prozessschritt 0 g CO₂-Äquivalente anfallen.

Das ergibt beim Veraschen mit Erdgas ein CO₂-Äquivalent von 2.613 g CO_2e/kg, beim Schmelzen mit Strom 1.305 g CO_2e/kg und beim Raffinieren mit Strom 3.306 g CO_2e/kg.

Auf dieser Grundlage können nun die herkömmlichen Verfahren mit der Neuentwicklung verglichen und bewertet werden.

Fallbeispiel Kunststoffverbundmaterial

In einem ersten Beispiel sollen 1.000 kg Kunststoffverbundmaterial aufgearbeitet werden. Die mit Nickel und Silber beschichtete Bronze hat im Gesamtverbund einen Metallanteil von 38%. Die restlichen 62% entsprechen dem Kunststoffanteil. Im Standardprozess müssen die 1.000 kg zuerst verascht werden, um die 620 kg Kunststoff vom Metall zu entfernen. Zurück bleiben 380 kg Metall, die dann geschmolzen und raffiniert werden. Bei diesem Prozess entstehen 4.365 kg CO_2e.

Beim neuen Verfahren wird der Kunststoff nach dem Schreddern getrennt und aussortiert. In diesem Prozess werden ausschließlich regenerative Energien eingesetzt, so dass 0 g CO₂-Äquivalente anfallen. Von den 1.000 kg eingesetztem Wertstoff bleiben daher ebenfalls 380 kg Metall zurück, die ebenso geschmolzen und raffiniert werden müssen. Bei diesem Prozess entstehen nur 1.752 kg CO_2e (Schmelzen: 496 kg CO_2e + Raffinieren: 1.256 kg CO_2e)

Beim neuen Verfahren ergibt sich eine CO₂-Einsparung gegenüber dem Standardprozess von 2.613 kg CO_2e, dies entspricht einer Ersparnis von 59,9%. Zusätzlich können die Kosten bis zu 25% reduziert werden.

Fallbeispiel Stanzschrott selektiv beschichtet

In einem zweiten Beispiel sollen 1.000 kg selektiv galvanisierter Stanzschrott aufgearbeitet werden. Die mit Nickel und Gold beschichtete Bronze hat im Gesamtverbund einen Metallanteil von 95%. Davon sind 32% selektiv vernickelt und vergoldet, weitere 63% sind blankes Bronze-Grundmaterial (CuSn6). Die restlichen 5% des Gewichtes entfallen auf einen extrem hohen Stanzölanteil, der beim Standardprozess ein Veraschen erfordert. Zurück bleiben 950 kg Metall, die geschmolzen und raffiniert werden müssen. Bei diesem Prozess entstehen 6.994 kg CO_2e (Veraschen Kunststoff: 2.613 kg CO_2e, Schmelzen: 1.240 kg CO_2e und Raffinieren: 3.141 kg CO_2e).

Mit der aktuellen Trenntechnologie wird das Öl abgetrennt und das blanke Bronzematerial komplett getrennt und aussortiert. Wiederum fallen bei diesem Prozess 0 g CO₂-Äquivalente an, da ausschließlich regenerative Energien eingesetzt werden. Von den 1.000 kg eingesetztem Stanzschrott bleiben daher nur noch 320 kg Metall zurück, die geschmolzen und raffiniert werden müssen. Somit entstehen nur 1.476 kg CO_2e (Schmelzen: 418 kg CO_2e und Raffinieren: 1.058 kg CO_2e)

Beim Vergleich der beiden Prozesse ergibt sich eine CO₂-Einsparung gegenüber dem Standardprozess von 5.518 kg CO_2e, dies entspricht einer Ersparnis von 78,9%. Zusätzlich können die Kosten um bis zu 50% reduziert werden.

CO₂-Emissionen beim Transport

Da fälschlicherweise der Transport sehr oft als K.O.-Kriterium für nachhaltiges Recycling genannt wird, soll in diesem Kapitel der Einfluss der Logistik im Hinblick auf den CO₂-Fußabdruck und damit verbunden dem klimaneutralen Recycling beleuchtet werden. Es soll dabei 1.000 kg Recyclingmaterial auf einem LKW als Stückgut mittransportiert werden. Der Transport erfolgt quer durch Deutschland, von Flensburg über Frankfurt und Stuttgart bis nach Kempten. Auf dieser Basis soll die CO₂-Emission pro kg transportiertem Recyclingmaterial berechnet werden.

Wir haben dafür einen Standard-LKW mit 20 t Nutzlast angesetzt, der durchschnittlich über die Strecke zu 50% (auch mit anderen Gütern) beladen ist. Damit ergeben sich für die Kalkulation die folgenden Ausgangswerte: Transportgut 1 t Recyclingmaterial (Mittransport als Stückgut); Transportweg Flensburg-Frankfurt-Stuttgart-Kempten (1.000 km); LKW mit 20 t Nutzlast (durchschnittliche LKW-Ladung 10 t).

Zur weiteren Berechnung wird die durchschnittliche CO₂-Emission eines LKW pro gefahrenen Kilometer benötigt. In der Literatur werden hierzu unterschiedliche Angaben gefunden. In einer Quelle werden für Diesel LKW 924 g CO_2e/km angegeben [14], in einer weiteren Angabe sind es 1.056 g CO_2e/km [15] und in einer dritten und vierten Literaturstelle sind es 0,5 kg CO_2e/km [16] und 1,16 kg CO_2e /km [17]. Vereinfachend wurde eine durchschnittliche Emission von 1.000 g CO_2e/km angesetzt und nach Gleichung 1 berechnet:

mm_CO2e = (s x ms_CO2e) / m_L (Gl. 1)

Dabei sind s = Transportweg (1.000 km), m_L = LKW-Ladung (10.000 kg), ms_CO2e = CO₂-Emission pro km (1.000 g CO_2e/km) und mm_CO2e = CO₂-Emission pro kg transportiertes Recyclingmaterial (g CO_2e/kg).

Nach Gleichung 1 ergeben sich für den Mittransport von 1.000 kg Recyclingmaterial als Stückgut, einer Strecke von 1.000 km und einer durchschnittlichen LKW-Ladung von 10 t eine CO₂-Emission von 100 g CO_2e/kg transportiertem Recyclingmaterial. Dies stellt einen Bruchteil des CO₂-Äquivalents dar, welches bei dem neuen Trenn- und Sortierprozess eingespart werden kann. Damit wird deutlich, dass ein Transport der Wertstoffe auch über längere Strecken immer sinnvoll ist, um den Gesamtprozess des Recyclings nachhaltiger und CO₂-reduziert darstellen zu können.

Meilenstein in der Aufarbeitung von Edel- und NE-Metallen

Die neueste Trenn- und Sortiertechnik stellt damit einen Meilenstein in der Aufarbeitung von Edelmetallen und NE-Metallen dar. Mit dieser Technologie lassen sich CO₂-Einsparungen von bis zu 80% gegenüber dem Standardprozess realisieren. Als weiterer positiver Effekt wirkt sich diese Technik auch noch monetär aus und kann die aktuellen Raffinationskosten bis zu 50% reduzieren. Betrachtet man in diesem Zusammenhang die CO₂-Emission eines Transportes über eine längere Strecke, spielt der CO₂-Abdruck eines solchen logistischen Aufwandes eine so untergeordnete Rolle, dass die Wertstoffe auch über längere Wegstrecken ohne signifikante Änderung der CO₂-Reduktion transportiert werden können.

Das Ziel der Edelmetall- und NE-Metallaufarbeitung im Bereich der Steckverbinderindustrie muss die Klimaneutralität des gesamten Prozesses in allen seinen Facetten sein. Hierzu ist noch viel zu tun, speziell bei der Raffination muss weiterhin verstärkt auf regenerative Energien gesetzt werden. Zusätzlich hat das Thema Recyclate ein noch ungenutztes, extrem großes Potential, welches zielführend verfolgt werden muss. (kr)

Circular Economy

Metall-Kreislaufwirtschaft in der Steckverbinderindustrie (Teil 1)

Literatur

[11] Landesamt für Umwelt Baden-Württemberg: Verwertung von Kunststoffen; https://www.lubw.baden-wuerttemberg.de/abfall-und-kreislaufwirtschaft/kunststoffe-abfall/

[12] First Climate: Klimaschutz- und Nachhaltigkeitslösungen für Unternehmen; https://www.firstclimate.com/glossar-item/co2-%C3%A4quivalent

[13] Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle, Informationsblatt CO2-Faktoren, Versionsnummer 3.1, 01.08.2024

[14] Wildhage, H.-J.: Klima-Killer LKW?, Schwertransportmagazin Nr. 14, 2007

[15] Umweltbundesamt: Flüssigerdgas-LKW haben kaum einen Klimavorteil, 13.05.2025, https://www.umweltbundesamt.de/themen/fluessigerdgas-lkw-haben-kaum-einen-klimavorteil

[16] Michelin: So berechnen Sie den CO2-Abdruck Ihrer Flotte, 16.02.2025, https://connectedfleet.michelin.com/de/blog/so-berechnen-sie-den-co2-abdruck-ihrer-flotte/

[17] Truck Shuttle: Potentielle Einsparung durch Entnahme LKW von der Straße https://truckshuttlekonzept.de/auswirkungen-auf/

* Thomas Frey ist Vertriebsleiter bei SilverTeam Recycling in Sulzberg.

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