Perspektiven für das Recycling von Altfahrzeugen

Recycling von Altfahrzeugen
Perspektiven für das Recycling von Altfahrzeugen
– moderne Fahrzeuge und angepasste Recyclingverfahren –
Dieter Schmid und Lutz Zur-Lage
1.
Motivation und Rahmenbedingungen......................................................106
2.
Recycling von Altfahrzeugen – ein mehrstufiger Prozess......................108
3.
Altfahrzeugrecycling 2024 – ein Verwertungsversuch
mit neuen Fahrzeugen.................................................................................111
3.1. Versuchsablauf..............................................................................................111
3.2. Erkenntnisse.................................................................................................112
3.3. 3.3.1. 3.3.2. 3.3.3. 3.3.4. Perspektiven..................................................................................................114
Metalle...........................................................................................................114
Kunststoffe....................................................................................................114
Mineralik.......................................................................................................115
Elektronische Bauteile und Leiterplatten..................................................116
4.
Elektronische Bauteile und Recycling
von strategisch wichtigen Technologiemetallen......................................117
4.1. Analysen von bestückten Leiterplatten.....................................................117
4.2. Ergebnisse der Analysen von bestückten Leiterplatten..........................118
4.3. Recycling von elektronischen Bauteilen am Beispiel Golf 7..................119
4.4. Recycling von Katalysatoren und Dieselpartikelfiltern (DPF)...............121
5.
E-Fahrzeuge – weitere Recyclingpotenziale.............................................121
5.1. Batterien........................................................................................................123
5.2. E-Motoren.....................................................................................................123
5.3. Leistungselektronik......................................................................................123
5.4. Leichtbaukomponenten..............................................................................124
6.
Zusammenfassung und Fazit......................................................................124
7.Quellenverzeichnis.......................................................................................125
105
Dieter Schmid, Lutz Zur-Lage
1. Motivation und Rahmenbedingungen
Motorisierte Fahrzeuge sind die Basis individueller Mobilität und befördern in nahezu allen Teilen der Welt den zentralen Anteil am Personen- und Güterverkehr. Nach
Angaben des Verbandes der europäischen Automobilhersteller (ACEA) wurden im
Jahr 2012 weltweit rund 63 Millionen Personenkraftwagen und 20 Millionen Nutzfahrzeuge hergestellt. Dadurch ist die Automobilindustrie ein wesentlicher Teil vieler
Volkswirtschaften. Allein innerhalb der EU hängen rund 12,9 Millionen Arbeitsplätze
direkt oder indirekt von Fahrzeugen ab [1]. Neben den Beschäftigungseffekten sei hier
auch auf die große Innovationskraft der Fahrzeugindustrie hingewiesen. Im Bericht
der Europäischen Kommission aus dem Jahr 2013 zu den Forschungs- und Entwicklungsaufwendungen von Unternehmen liegt der Volkswagen Konzern auf Platz 1 des
weltweiten Rankings [2], was die umfassenden Aufgaben und Potenziale der Automobilindustrie für die Mobilitätskonzepte von morgen unterstreicht.
F&E-Aufwendungen
Volkswagen
Deutschland 1.
Samsung Electronics
Südkorea 2.
Microsoft
USA 3.
Intel
USA 4.
Toyota Motor
Japan 5.
Roche
Schweiz 6.
Novartis
Schweiz 7.
Merck US
USA 8.
Johnson & Johnson
USA 9.
Pfizer
USA 10.
Daimler
Deutschland 11.
General Motors 12.
USA
Google 13.
USA
Robert Bosch 14.
Deutschland
Sanofi-Aventis 15.
Frankreich
Honda Motor 16.
Japan
Siemens 17.
Deutschland
Cisco Systems 18.
USA
Panasonic 19.
Japan
GlaxoSmithKline 20.
Großbritannien
Bild 1:
Die zwanzig Unternehmen mit den größten F&E-Aufwendungen weltweit
Quelle: The 2013 EU Industrial R&D Investment Scoreboard: European Commission – http://iri.jrc.ec.europa.eu/scoreboard13.
html, 11.12.2013
Die Anforderungen an effiziente Antriebe, Fahreigenschaften, Komfort und Qualität
werden ergänzt durch zunehmende Sicherheits- und Umweltanforderungen, die sich
in zahlreichen nationalen und internationalen Vorschriften für Fahrzeuge niederschlagen. Bild 2 zeigt die existierenden UNECE Regelungen. Die UNECE Transport
Division arbeitet schon seit mehr als 50 Jahren an einheitlichen länderübergreifenden
Regelungen, um Fahrzeuge sicherer und umweltfreundlicher zu machen.
106
Recycling von Altfahrzeugen
ECE-Reglements
Sicherheits- und Umweltvorschriften PKW
R3
R4
R6
Rückstrahler
Hintere Kennzeichenbeleuchtung
Fahrtrichtungsanzeiger
Begrenzungs-, Schluss-,
R7
Bremsleuchten
R 10 Funkentstörung
R 11 Türschlösser, Türscharniere
R 12 Lenkanlage bei Unfallstößen
R 13 Bremsen
R 13H Bremsen
der
R 14 Verankerung
Sicherheitsgurte
R 16 Sicherheitsgurte
Sitze/
R 17 Widerstandsfähigkeit
Verankerung
Sicherung
gegen
unbefugte
R 18 Benutzung
R 19 Nebelscheinwerfer
R 21 Innenausstattung
R 23 Rückfahrscheinwerfer
R 24 Emission aus Dieselmotoren
Fahrzeugsitze
R 25 In
einbezogene Kopfstützen
R 26 Vorstehende Außenkanten
R 28 Akustische
Warneinrichtungen/Signale
R 30 Luftreifen
R 32 Verhalten bei Heckaufprall
bei
R 33 Verhalten
Frontalzusammenstoß
Feuersicherheit
R 34 (Kraftstoffbehälter)
der
R 35 Anordnung
Fußbedienteile
R 37 Glühlampen
R 48
Beleuchtung/
Lichtsignaleinrichtungen
R 110
R 49
Abgase Dieselmotoren
R 112
R 51
Geräusche
Messung CO2- und
Kraftstoffverbrauch
Antriebssystem mit
komprimiertem Erdgas
Scheinwerfer
asymmetrisches Licht
R 55
Verbindungseinrichtungen
R 113
Scheinwerfer
symmetrisches Licht
R 116
Sicherheit gegen unbefugte
Benutzung
R 117
Reifenrollgeräusche/
Nasshaftung
R 119
Abbiegelicht
R 121
Kontrollleuchten und
Anzeiger
R 101
R 64
Reserveräder/-reifen
TPMS
R 67
Flüssiggasantrieb
R 68
Messung der
Höchstgeschwindigkeit
R 77
Parkleuchten
R 79
Lenkanlagen
R 83
Schadstoffemission
R 122
Heizungssysteme
R 85
Motorleistung
R 123
R 87
Tagfahrlicht
Adaptive Frontbeleuchtungssysteme (AFS)
R 89
Geschwindigkeitsbegrenzungseinrichtungen
R 125
Vorderes Sichtfeld
(Direkte Sicht)
R 38
Nebelschlussleuchten
R 39
Geschwindigkeitsmesser
R 91
Seitenmarkierungsleuchten
R 126
Nachrüstbare
Gepäcktrennsysteme
R 42
Front- und HeckSicherheitseinrichtungen
R 94
Frontalaufprall
R 95
Seitenaufprall
R 127
Fußgängerschutz
R 43
R 97
Alarmanlagen
R 128
LED Lichtquelle
R 44
Sicherheitsglas
Rückhalteeinrichtungen für
Kinder
R 98
Scheinwerfer mit
Gasentladungslichtquellen
R 129
Kinderrückhaltesysteme
(ECRS)
R 45
ScheinwerferReinigungsanlage
R 99
Gasentladungslichtquellen
R 130
Spurhaltewarnsysteme
(LDWS)
R 46
Bild 2:
Rückspiegel
R 100 Batteriebetriebene
Elektrofahrzeuge
R 131 Notbremsassistenzsysteme
(AEBS)
Sicherheits- und Umweltvorschriften für PKW
Quelle: UNECE, Stand Oktober 2013
Es ist eine besondere Herausforderung die zunehmende Regulierungsdichte so zu
gestalten, dass Sicherheit und Umweltfreundlichkeit der Produkte zunehmen ohne
Zielkonflikte zu erzeugen oder die Innovationsfähigkeit zu hemmen. Die sich ständig
verändernden Rahmenbedingungen machen daraus eine kontinuierliche Aufgabe, wie
am Beispiel Fahrzeugrecycling deutlich wird.
Das Recycling von Fahrzeugen wurde mit Erfindung und Verbreitung des Großshredders in der Mitte des vergangenen Jahrhunderts bereits ein etablierter Prozess, der die
Stahlwerkstoffe – und damit den größten Teil des Fahrzeugs – einem hochwertigen
Recycling zuführt. Seitdem haben sich die Rahmenbedingungen entscheidend verändert. Die Fahrzeuge bestehen aus zunehmend hochwertigeren Werkstoffen und enthalten zahlreiche zusätzliche Bauteile (Airbag, Katalysator, Klimaanlage, elektronische
Steuerung und Infotainment,…).
107
Dieter Schmid, Lutz Zur-Lage
Die Verwertungstechnik hat große Fortschritte bei der Sortierung von gemischten
Reststofffraktionen gemacht. Für die in den 90er Jahren fast ausschließlich deponierte
Shredderleichtfraktion (SLF) stehen mittlerweile verschiedene Aufbereitungsverfahren
zur Verfügung, wie z.B. das patentierte und mehrfach ausgezeichnete VW-SICON
Verfahren [3]. Parallel dazu haben sich die gesellschaftlichen und umweltpolitischen
Ziele gewandelt. Anfangs stand die Vermeidung von Umweltbelastungen durch Betriebsflüssigkeiten und Deponieberge im Fokus, mittlerweile wird das Recycling vor
allem als Beitrag zur Ressourcenschonung gesehen. Auf den grundsätzlichen Ablauf
des Recyclings von Fahrzeugen wird in Kapitel 2 dieses Artikels näher eingegangen.
Bei der optimalen Gestaltung des Fahrzeug-Recycling-Prozesses spielen auch die Komplexität und die Langlebigkeit der Produkte eine große Rolle. Allein der Volkswagen
Konzern hat mehr als 100 Produktionsstandorte und produziert rund 280 verschiedene
Fahrzeugmodelle, wobei jedes Fahrzeug wiederum aus mehreren tausend Bauteilen
besteht. Setzt man für Fahrzeuge die in Deutschland ermittelte Lebensdauer von
14 bis 15 Jahren an [4] so wird deutlich, dass die meisten der bis zum Jahr 2028 anfallenden Altfahrzeuge die Fabriken der Hersteller bereits verlassen haben und auf
unseren Straßen unterwegs sind. Die lange Lebensdauer von Fahrzeugen bietet die
Möglichkeit mit jungen Fahrzeugen die Werkstoffzusammensetzung von normalen
Altfahrzeugen des Jahres 2024 darzustellen und deren Verwertungseigenschaften schon
heute in der Praxis zu testen. Die Ergebnisse eines solchen Verwertungsversuchs und
sich abzeichnende technische Perspektiven sind Inhalt des 3. Kapitel.
Kapitel 4 geht genauer auf den Teilbereich des Recyclings von strategisch wichtigen
Technologiemetallen ein, von denen nur wenige Gramm in einem Fahrzeug enthalten
sind. Abschließend werden in Kapitel 5 das Potenzial und laufende Projekte zum mittelbis langfristig anstehenden Recycling von E-Fahrzeugen vorgestellt.
2. Recycling von Altfahrzeugen – ein mehrstufiger Prozess
In Fahrzeugen kommt eine Vielzahl von modernen Werkstoffen zum Einsatz. Die
Veränderungen in der Werkstoffverteilung sind dafür vergleichsweise gering. In Bild
3 ist die Werkstoffverteilung für einen aktuellen Golf 7 nach VDA 231-106[5] dargestellt. Der Metallgehalt von 73,7 Prozent liegt unverändert nahe bei dem langjährigen
Mittelwert von rund 75 Prozent für die Automobilindustrie.
Aufgrund zahlreicher Werkstoffinnovationen ist der – im Vergleich zu Kunststoffen –
alte Werkstoff Stahl bis heute der dominante Werkstoff im Fahrzeugbau. Selbst wenn
sich daran in den nächsten Jahren einiges ändern sollte ist abzusehen, dass mindestens
für die nächsten 20 Jahre Stahlschrott den größten Massenanteil beim Recycling von
Altfahrzeugen haben wird. Bild 4 zeigt den Anteil der metallischen Werkstoffe am
Beispiel von sieben Fahrzeug-Generationen des Modells Golf und ist ein gutes Beispiel für die Entwicklung des Werkstoffeinsatzes im Automobilbau von 1974 bis 2014.
Der tendenziell zunehmende Einsatz der Nichteisen-Metalle, vor allem Aluminium
und Kupfer, ist aus ökologischer sowie aus ökonomischer Sicht für das Recycling von
Fahrzeugen gleichermaßen relevant.
108
Recycling von Altfahrzeugen
Prozesspolymere
Polymere
1,1 %
19,5 %
Verbunde
und sonstige
Buntmetalle
3,3 %
2,6 %
Elektronik
Leichtmetalle
0,1 %
8,2 %
Betriebsstoffe
und Hilfsmittel
Stahl und Eisen
62,9 %
Bild 3:
2,3 %
Werkstoffverteilung im Golf 7
Der große Metallanteil von Altfahrzeugen bietet ein erhebliches Erlöspotenzial. Für
Stahlschrotte der Sorte 4 (Shredder Schrott) wurden im November 2013 etwa 280 EUR/t
gezahlt [6], was bezogen auf einen Golf 7 gut 200 EUR bedeutet. Zusammen mit den
Erlösen für die Nichteisenmetalle und den Katalysator liegt der Schrotterlös für einen
kompletten Golf 7 bei rund 320 EUR [7], ohne die Berücksichtigung von möglichen
Erlösen aus dem Verkauf von gebrauchten Ersatzteilen. Solange Metallschrotte gesuchte
Produkte auf dem Weltmarkt sind werden ihre Preise entsprechend hoch sein. Das
führt dazu, dass Altfahrzeuge gesuchte Waren mit einem erheblichen wirtschaftlichen
Potenzial sind, deren umweltgerechte Verwertung aus den Metallerlösen finanziert
werden kann.
Metallanteil
Gewichtsprozent
100
75
50
25
Bild 4:
0
Golf I
II
III
Nichteisen-Metalle
IV
V
VI
Eisenmetalle
Golf VII
Metallanteil der Golf-Modelle von
1974 bis 2014
109
Dieter Schmid, Lutz Zur-Lage
Das Recycling von Altfahrzeugen wird üblicherweise als dreistufiger Prozess, bestehend
aus Demontage, Shredder und Post-Shredder-Technik, beschrieben. Diese Beschreibung spiegelt die historisch gewachsenen Verwertungsstrukturen wider. Demontagebetriebe gibt es seit es Fahrzeuge gibt, der Shredder wurde vor mehr als 50 Jahren
erfunden, wogegen der Begriff Post-Shredder-Technik erst in den letzten 15 Jahren
gebräuchlich wurde. Den technischen Abläufen wird die Einteilung in diese drei Stufen
nicht unbedingt gerecht, da im Shredderprozess zerkleinert und getrennt wird und im
Bereich der Post-Shredder-Technik weitere Zerkleinerungs- und Trennschritte folgen.
Demontage
Shredder
Manuell
Bild 5:
Aufbereitung
Shredderrückstände
Verfahrenstechnik
Dynamische Grenze zwischen manueller Demontage und dem Einsatz von Verfahrenstechnik führt zum wirtschaftlichen Optimum
Vor diesem Hintergrund lässt sich das Recycling von Altfahrzeugen in zwei Hauptprozesse aufteilen: die manuelle Vorbehandlung (Trockenlegung und Demontage
ausgewählter Teile) sowie die verfahrenstechnische Aufbereitung der Restkarosse.
Aus heutiger Sicht sind für das Recycling eines kompletten Altfahrzeugs immer beide
Teilprozesse notwendig. Eine komplexe Frage ist die Abgrenzung, das heißt wie weit
die manuellen Arbeiten gehen können und wo die Verfahrenstechnik einsetzen soll.
Diese Grenze ist eine dynamische Größe, die von mehreren Faktoren abhängt. Beispielhaft sind zu nennen:
• Fahrzeugzustand
• Lohnniveau
• Bedarf und Preise gebrauchter Ersatzteile
• Verwertungstechnik
• Schrottpreise
• Deponiegebühren
• sonstige Verwertungsstrukturen (Absatzkanäle für Sekundärrohstoffe)
• gesetzliche Rahmenbedingungen usw.
Obige Aufzählung ist unvollständig und zeigt bereits, dass die optimale Grenze zwischen manueller Demontage und verfahrenstechnischer Aufbereitung sowohl zeitlich
als auch örtlich variabel ist.
110
Recycling von Altfahrzeugen
Daraus resultiert eine kontinuierliche Optimierungsaufgabe, die im Rahmen der gesetzlichen Leitplanken abläuft und das spezielle Know-how der Verwertungsindustrie
erfordert (Bild 5).
3. Altfahrzeugrecycling 2024 – ein Verwertungsversuch
mit neuen Fahrzeugen
3.1. Versuchsablauf
Im Rahmen der Entwicklung von Neufahrzeugen werden zahlreiche Vorserienfahrzeuge aufgebaut, die zu Erprobungszwecken benötigt werden. Diese Fahrzeuge können
nach Beendigung der Erprobung nicht für den öffentlichen Straßenverkehr zugelassen
werden und müssen daher trotz ihres geringen Alters einer Verwertung zugeführt
werden. Hierdurch lassen sich die Verwertungseigenschaften neuer Fahrzeugmodelle
mit verschiedenen Verwertungstechniken untersuchen, lange bevor diese als Altfahrzeuge anfallen.
Für den hier vorgestellten Versuch wurden 106 Vorserienfahrzeuge des Volkswagen
Konzerns gesammelt und separat geshreddert. Die Fahrzeuge stammten aus den
Modelljahren 2007 bis 2012 und stellen daher in etwa die im Jahr 2024 anfallende
werkstoffliche Zusammensetzung von Altfahrzeugen dar. Es waren Fahrzeuge aus
allen Fahrzeugklassen vertreten, wobei der Schwerpunkt auf der Kompakt-Klasse
(Golf-Klasse) lag. Die Fahrzeuge wurden im Entsorgungsfachbetrieb der Technischen
Entwicklung in Wolfsburg vorbehandelt. Entsprechend den in Europa geltenden gesetzlichen Vorgaben wurden alle Flüssigkeiten sowie Batterien, Katalysatoren und Reifen
entnommen und einer separaten Verwertung zugeführt. Darüber hinaus wurden die
Stoßdämpfer und die Kraftstofftanks (interne Vorgabe), sowie einige wenige von den
Fachabteilungen zu Analysezwecken gewünschte Bauteile demontiert.
Bild 6:
Vorbehandelte Karossen bei der Firma
BST in Willebroek, Belgien
111
Dieter Schmid, Lutz Zur-Lage
Es handelte sich somit um weitgehend vollständige Fahrzeuge. Die vorbehandelten
Fahrzeuge (Karossen) wurden auf dem internen Schrottplatz der Entwicklung gesammelt und zwischengelagert. Das Shreddern der Karossen fand bei der Fa. Belgian Scrap
Terminal (BST) in Willebroek/Belgien statt (Bild 6). Die Aufbereitung der Shredder
Rückstände wurde auf dem Gelände der Fa. BST in Kallo/Belgien durchgeführt, wo eine
nach dem VW-SICON Verfahren arbeitende Anlage zur Verfügung stand (Bild 7). Der
gesamte Versuch und seine Dokumentation wurden von einem neutralen Gutachter
des TÜV NORD CERT begleitet.
Bild 7:
Anlage nach dem VW-SICON Verfahren
in Kallo, Belgien zur Aufbereitung der
Shredder-Rückstände
3.2. Erkenntnisse
Der Eisenschrott (Shredder Schrott Sorte 4) stellte mit 63 Prozent erwartungsgemäß
die mit Abstand größte Einzelfraktion nach Shredder dar. Darüber hinaus wurden sieben weitere metallische Fraktionen separiert. Im Einzelnen handelte es sich dabei um
drei Aluminiumfraktionen, drei Kupferfraktionen und eine Edelstahlfraktion, womit
auch Legierungsbestandteile wie Chrom und Nickel einem zielgerichteten Recycling
zugeführt werden. Insgesamt ergibt sich eine hocheffiziente Separation für die Metalle. Dies ist ein erwünschter Nebeneffekt der umfangreichen Kunststoffaufbereitung
nach dem VW-SICON-Verfahren. Um den Einsatz von Granulat im Hochofen und
von Flusen in der Entwässerung von Klärschlamm zu ermöglichen (s.u.), sind die
Schwermetallgrenzwerte der Anlagenbetreiber einzuhalten. Dies erfordert mehrere
Separationsschritte und führt zu weitgehend metallfreien Kunststofffraktionen.
112
Recycling von Altfahrzeugen
Bild 8:
Separierte Cu-Fraktion
mit einem Gehalt von
> 90 Prozent Cu
Die nichtmetallischen Fraktionen wurden
in Granulat, Flusen und Sand getrennt. Das
Prinzip ist in einer Animation dargestellt
und im Internet veröffentlicht [8]. Granulat
ist eine Fraktion aus Hartkunststoffen, die
ehemals Instrumententafeln, Stoßfänger oder
Verkleidungsteile waren. Es wurde mittels
Dichtetrennung in eine chlorarme und eine
chlorreiche Fraktion separiert. Die chlorarme
Fraktion ist mit einem Gehalt von 0,4 Prozent Chlor für ein stoffliches Recycling als
Reduktionsmittel im Hochofen geeignet. In
der chlorreichen Fraktion (3,1 Prozent Chlor)
reichert sich auch das als Flammhemmer
eingesetzte Brom an. Für diese Fraktion ist
die energetische Verwertung in einem Müllheizkraftwerk (MHKW) empfehlenswert.
In der Flusen Fraktion finden sich die faserigen Kunststoffe wieder, die vorher Dämmung, Sitzschäume oder Textilien waren.
Etwa 2/3 dieser Fraktion eignen sich zum
stofflichen Recycling als Entwässerungshilfsmittel für Klärschlamm, das restliche Drittel
für die energetische Verwertung.
Bild 9:
Granulat mit 0,4 Prozent
Chlor als Reduktionsmittel
im Hochofen
Die mineralische Sand Fraktion besteht aus
Glas, Lackpartikeln, Rost, Schmutz,… sowie
metallischen und nichtmetallischen Resten
aus den vorhergehenden Zerkleinerungsstufen.
Die Sand-Fraktion hat einen geringen Anteil organischer Werkstoffe mit einem entsprechend niedrigen Brennwert und eignet sich für den Bergversatz (oder die Deponierung).
Als übrig bleibende Reststoffe des Aufbereitungsprozesses sind die Rückstände aus der
nassmechanischen Reinigung des Granulats und die Rückstände aus der trockenmechanischen Entstaubung zu nennen. Diese Rückstände können energetisch verwertet
werden. Das ergibt eine vollständige Verwertung der Fahrzeuge.
In Tabelle 1 sind die einzelnen Quoten des Verwertungsversuchs zusammenfassend
dargestellt. Die Sand Fraktion für den Bergversatz sowie die oben genannten Rückstände
für die energetische Verwertung wurden dabei nicht berücksichtigt. Die Berechnung
der Quoten erfolgte gemäß Entscheidung der EU Kommission zum Monitoring in
Relation zum bereinigten Gewicht aus den Zulassungsunterlagen der Fahrzeuge [9].
Die im Versuch erzielten Quoten liegen über den ab dem Jahr 2015 in der EU vorgeschriebenen Werten von 85 Prozent Recycling und 95 Prozent Verwertung.
113
Dieter Schmid, Lutz Zur-Lage
Damit ist gezeigt, dass für die aktuell produzierten Fahrzeuge Verwertungstechniken
vorhanden sind, mit denen alle existierenden Zielwerte praktisch erreicht werden. Bei
der real praktizierten Verwertung von Altfahrzeugen kommen darüber hinaus noch
Beiträge aus der Wiederverwendung von gebrauchten Ersatzteilen hinzu.
Tabelle 1:
Quoten des Verwertungsversuchs im Überblick
Quote Prozent
Demontagebeitrag Recycling (Batterien, Flüssigkeiten,
Katalysator, 60 Prozent der Reifen )
Summe metallische Fraktionen
(Shredder und VW-SiCon)
Flusen > 8 mm (für Klärschlammentwässerung)
Granulat chlorarm (0,4 % Chlor, für Hochofen)
Summe Recyclingquote
8,7
73,4
2,6
4,2
88,9
Alle Kunststoff-Kraftstoffbehälter und 40 % der Reifen
1,7
Flusen < 8 mm (für energetische Verwertung)
1,3
Granulat chlorreich (3,1 % Chlor, für MHKW)
Summe Verwertungsquote
4,1
96,0
3.3. Perspektiven
Mit 85 Prozent Recycling und 95 Prozent Verwertung werden für das komplexe
Werkstoffgemisch Altfahrzeug bereits sehr gute Werte erzielt. Im Folgenden wird ein
Überblick zu existierenden Optimierungspotenzialen für verschiedene Werkstofffraktionen gegeben.
3.3.1. Metalle
Das Recycling der Massenmetalle Aluminium, Eisen und Kupfer hat ein hohes
Rückgewinnungsniveau erreicht. Durch die Aufbereitung der Kunststofffraktionen
Granulat und Flusen gehen über diesen Weg praktisch keine Metalle mehr verloren.
Die Sortierung von einen Millimeter kleinen Metallpartikeln ist mittlerweile Stand der
Technik. In der Verwertungspraxis wird noch Optimierungspotenzial in der Trennung
verschiedener Aluminiumlegierungen gesehen (Gusslegierungen <=> Knetlegierungen). Entsprechende sensorgestützte Sortiersysteme sind vorhanden [10], [11]. Neben
der Performance dieser Geräte hängt ihr Einsatz von diversen marktwirtschaftlichen
Größen wie Mengen, Preisen und Qualitäten der Aluminiumschrotte ab.
3.3.2. Kunststoffe
Mit dem Hochofenprozess und der Klärschlammentwässerung sind für Granulat
und Flusen ökologisch und ökonomisch attraktive Recyclingwege erschlossen. Eine
mögliche Alternative ist die chlorarme Granulat Fraktion weiter aufzubereiten und
eine Polyolefin Fraktion für das werkstoffliche Recycling abzutrennen. Die belgische
Firma Galloo Plastics hat seit vielen Jahren die Machbarkeit bewiesen [12] und auch
die Firma SICON bietet mit Polyfloat eine entsprechende Separationstechnik an [13].
114
Recycling von Altfahrzeugen
Die Separation einer Polyolefin-Fraktion für das werkstoffliche Recycling aus der
chlorarmen Granulat Fraktion führt automatisch dazu, dass der Chlorgehalt in der verbleibenden Restfraktion ansteigt und diese – genau wie das chlorreiche Granulat – nur
einer energetischen Nutzung zugeführt werden kann. Vor diesem Hintergrund sollte
im Einzelfall geprüft werden, ob der zusätzliche Separationsaufwand ökologisch und
ökonomisch sinnvoll ist. Je nach Zusammensetzung des Shredder Vormaterials kann
der Einsatz des gesamten chlorarmen Granulats im Hochofen die bessere Option sein.
Die Vergasung von Kunststoffen ist seit vielen Jahren bekannt und wird in zahlreichen
Varianten diskutiert und praktiziert. Der grundsätzliche Vorteil ist, dass aus einem
Gemisch von Kunststoffen neue Sekundärrohstoffe erzeugt werden können. Beispielsweise wirbt die Firma Agilyx damit, dass Kunststoffabfälle zu Rohöl umgewandelt
werden [14]. Die ebenfalls in den USA ansässige Firma VADXX gibt an, aus Kunststoffabfällen wertvolle Energierohstoffe (synthetisches Öl) zu gewinnen [15]. Die Firma
SICON arbeitet unter dem Begriff ReEnvision an einem Verfahren zur Erzeugung von
Kraftstoffen [16]. Ohne auf die Details der verschiedenen Verfahren einzugehen, lässt
sich sagen, dass ein gut funktionierendes Vergasungsverfahren mit hoher Ausbeute
und guter Produktqualität bestimmte Mindestanforderungen des Eingangsmaterials
voraussetzt. Niedrige Chlor- und Aschegehalte sind in der Regel notwendig. Diese
Mindestanforderungen lassen sich mit einer mechanischen Aufbereitung wie dem
VW-SICON-Prozess zuverlässig erfüllen. Zu prüfen bleibt die Frage, ob der Gesamtaufwand – mechanische Aufbereitung plus Vergasung – ökologisch und ökonomisch tragfähig ist. Möglicherweise bietet das Verfahren der Firma Ecoloop eine Alternative. Die
im Harz errichtete Referenzanlage arbeitet mit einem zirkulierenden Kalkwanderbett
im Gegenstromvergaser. Das hohe Schadstoffbindevermögen des Kalks führt dazu,
dass die Anlage auch Chlorfrachten gut verarbeiten kann. Das erzeugte Gas kommt
an Stelle von Erdgas im unmittelbar anschließenden Kalkbrennprozess zum Einsatz.
Eine Ökobilanz des Verfahrens ist für das Jahr 2014 angekündigt [17].
3.3.3. Mineralik
Die Shredder Sand Fraktion ist die einzige Fraktion aus dem VW-SICON Verfahren,
die noch nennenswerte Metallanteile enthält (Bild 10). In einem dreijährigen, vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Verbundprojekt r2 geförderten
Forschungsprojekt wurde untersucht, ob die Separation weiterer Metalle aus Shredder
Sand kleiner ein Millimeter möglich ist und ob der verbleibende mineralische Rest
als Baustoff genutzt werden kann. Im Ergebnis zeigt sich, dass die nassmechanische
Abtrennung von Kupfer und Eisen machbar und ökologisch sinnvoll ist. Um das verbleibende mineralische Konzentrat als Baustoff nutzen zu können, ist zur Einhaltung
von Schwermetallgrenzwerten (Eluatwerten) eine Laugung notwendig.
Im Projekt konnte erfolgreich gezeigt werden, dass die Herstellung eines Baustoffs aus
dem mineralischen Konzentrat technisch machbar ist. Die vorgenommene Ökobilanz
empfiehlt aber aus ökologischen Gründen auf die Laugung zu verzichten und das mineralische Konzentrat zur Verfüllung im Bergversatz zu nutzen oder zu deponieren [18].
115
Dieter Schmid, Lutz Zur-Lage
Organik I
4%
Mischmetall
15 %
Mineralikkonzentrat
34 %
Organik II
20 %
Eisenkonzentrat
26 %
Kupferkonzentrat
1%
Bild 10:
Anteile der erzeugten Fraktionen
bezogen auf den Input (Shredder- Sand < 1 mm) bei vollständiger Umsetzung aller entwickelten
Verfahrensstufen
Quelle: Goldmann D.; Duwe C.; Schmid
D.; Schülke S.: Shredder Sand. In: Innovative
Technologien für Ressourceneffizienz in
rohstoffintensiven Produktionsprozessen.
Fraunhofer Verlag, Stuttgart (2013) – http://
www.verlag.fraunhofer.de/bookshop/artikel.
jsp?v=240090, 11.12.2013
Aus diesem Forschungsprojekt lässt sich ableiten, dass ein wirtschaftlich attraktiver
Weg für das Recycling der wenigen restlichen Metalle im Shredder-Sand weiterhin
anzustreben ist, aber aus ökologischen Gründen nicht alles technisch Machbare umgesetzt werden sollte.
3.3.4. Elektronische Bauteile und Leiterplatten
Der Einsatz von elektronischen Bauteilen in neuen Fahrzeugen hat sich in den letzten
15 Jahren deutlich gesteigert. Da die überwiegende Zahl der aktuellen Altfahrzeuge
noch aus den Baujahren vor 2000 stammt, liegen nur wenige praktische Erfahrungen
über die Verwertung von Fahrzeugen mit umfangreicher elektronischer Ausstattung
vor. Der oben vorgestellte Versuch mit Fahrzeugen der Modelljahre 2007 bis 2012
zeigt, dass die vorhandenen Recyclingprozesse für Altfahrzeuge auch bei zunehmender
Anzahl von elektronischen Bauteilen gut funktionieren und die Quoten zuverlässig
erreicht werden. Ebenfalls liefert der Versuch erste Erkenntnisse darüber, welche Anteile der in elektronischen Bauteilen verwendeten Edelmetalle Gold und Silber über
die Aufbereitung von Shredder Rückständen aktuell bereits recycelt werden können.
In den separierten Cu-Fraktionen konnten Gold- und Silbergehalte nachgewiesen
werden, die etwa 20 Prozent der in den elektronischen Bauteilen eingesetzten Mengen
entsprachen. Nachträglich durchgeführte Versuche der Fa. SICON haben gezeigt, dass
eine gezielte Separation von Leiterplatten aus Shredder Rückständen mittels Kombination von Wirbelstromabscheidung und sensorgestützter Sortierung machbar ist und
Optimierungspotenzial bietet (Bild 11).
Bild 11:
Aus Shredder-Rückständen separierte
Leiterplatten
Quelle: SICON GmbH
116
Recycling von Altfahrzeugen
4. Elektronische Bauteile und Recycling
von strategisch wichtigen Technologiemetallen
In den letzten Jahren haben Ressourcenverbrauch und -verfügbarkeit für die Industrie
eine zunehmende Bedeutung bekommen. Dadurch sind in steigendem Maße relativ
seltene Metalle in den Fokus geraten, die hier als strategisch wichtige Technologiemetalle bezeichnet werden und auch im modernen Fahrzeugbau zum Einsatz kommen.
Nachfolgend soll betrachtet werden, welchen Beitrag das Recycling von elektronischen
Bauteilen aus modernen Fahrzeugen zur Versorgung mit strategisch wichtigen Technologiemetallen liefern kann.
4.1. Analysen von bestückten Leiterplatten
Vor dem Hintergrund der umfangreichen Modellpalette des Volkswagen-Konzerns
(Kapitel 1) war es das Ziel durchschnittliche Werte für die Zusammensetzung von
bestückten Leiterplatten zu generieren. Dazu wurden zunächst acht Modelle vom Polo
bis zum Touareg aus den Baujahren 2010 bis 2013 für Recyclinganalysen ausgewählt
und vollständig demontiert. Aus allen elektronischen Bauteilen wurden die Leiterplatten entnommen und geeignete Chargen für die Laboranalysen gebildet. Optimale
Analysenergebnisse können bei bestückten Leiterplatten erst bei einer Probenmasse
von einem Kilogramm (oder mehr) erzielt werden. Die zentrale Herausforderung
bei der Analyse dieses Materials besteht in der Homogenisierung und der Entnahme
einer repräsentativen Probe. Bild 12 zeigt die Probenpräparation der Firma IMG [19].
Die Teilprobe A wird für die Analyse der Elemente Ge, Sb, Ta und Te genutzt, da
diese Elemente beim Schmelzen mit Pyrit (Teilprobe B) in nennenswertem Umfang
verdampfen würden.
Rohprobe 6 kg
mahlen < 3 mm
Probenteiler
4 Teilproben für VW
je etwa 1 kg
Teilprobe A
etwa 1 kg
2 Teilproben zur
Analysenpräparation
Teilprobe B
schmelzen mit Pyrit
brechen
mahlen
Sieb < 0,16 mm
Probenteiler
Analysenmuster
Bild 12: Flussdiagramm der Firma IMG zur
Probenpräparation von Leiterplatten
Quelle: Institut für Materialprüfung Glörfeld
GmbH (IMG), Schreiben vom 20.08.2010
117
Dieter Schmid, Lutz Zur-Lage
Um die Homogenität der Proben und die Qualität der Messergebnisse auch selber
einschätzen zu können, wurden drei externe Labore ausgewählt und durch Bildung
von Rückstellproben definierte Chargen jedem der drei Labore für Analysen zur Verfügung gestellt.
Die Auswahl der zu untersuchenden Elemente erfolgte in Anlehnung an die Liste der
Critical raw materials for the EU [20] und den gemäß Expertenmeinung in Leiterplatten
zu erwartenden Elementen aus dieser Liste. Zusätzlich wurde wegen seines besonderen
Wertes auch Gold in die Analysen mit einbezogen. Letztendlich wurden alle Proben auf
jeweils zehn Elemente untersucht. Als Messmethode kam in allen Laboren ICP-OES
(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry) zum Einsatz.
4.2. Ergebnisse der Analysen von bestückten Leiterplatten
Die unter 4.1. beschriebenen Analysen von drei verschiedenen Laboren kamen im
Rahmen der Messgenauigkeiten zu identischen Ergebnissen. Dies bestätigt die Plausibilität der angewandten Methode und der ermittelten Werte. Einzige Ausnahme sind
die Werte für Tantal. Hier ergaben sich bei mehrfachen Messungen für fast alle Proben
signifikant schwankende Werte, was nur mit einer nicht ausreichend homogenen
Verteilung von Tantal erklärt werden kann. Der unten angegebene Mittelwert für Ta
ist daher als wenig belastbar anzusehen.
Die Analysen der anderen Elemente zeigten einen weitgehend linearen Zusammenhang
zwischen der Leiterplattenmasse und den enthaltenen Elementen. Die Ergebnisse aller
Analysen sind daher als relative Mittelwerte in Tabelle 2 zusammengefasst. Sie stellen
eine Momentaufnahme von acht Fahrzeugmodellen der Baujahre 2010 bis 2013 dar.
Tabelle 2: Strategisch wichtige Technologiemetalle in Gramm pro
Kilogramm bestückter Leiterplatten aus Fahrzeugen
AuAg
Pt
Pd
Ru
Cu
Sb
GeTe
Ta
0,121,17
< 0,01
0,02
< 0,01
240
0,8
--
0,4
Den Ergebnissen in Tabelle 2 sind die folgenden Farbmarkierungen zugeordnet
(Kapitel 4.3.):
• Grün markiert sind Cu und alle Edelmetalle (Au, Ag, Pd), die zuverlässig bestimmt
wurden und im Rahmen der elektrolytischen Raffination von Cu quasi automatisch
recycelt werden können
• Blau markiert sind alle Elemente, die nur in Spuren vorhanden sind (Pt, Ru) oder nicht nachgewiesen werden konnten (Ge, Te)
• Orange markiert sind die Elemente Sb und Ta, die vorhanden sind und in der Praxis
derzeit aus bestückten Leiterplatten nicht recycelt werden können (Kapitel 5.3.)
118
Recycling von Altfahrzeugen
4.3. Recycling von elektronischen Bauteilen am Beispiel Golf 7
Um die Chancen des Recyclings von elektronischen Bauteilen durch Demontage zu
prüfen, wurde ein Fahrzeugmodell mit großem Marktanteil ausgewählt. In dem untersuchten Golf 7 befanden sich insgesamt 60 elektronische Bauteile. Bild 13 zeigt die
Verteilung der 60 Bauteile im Fahrzeug. Um alle elektronischen Bauteile zu demontieren
sind etwa fünf Stunden manueller Arbeit notwendig [21].
Motorraum
Kofferraum
Tür vorn
Tür hinten
Sitz vorn
Cockpit
Innen oben
Innen unten
Außen
Unterboden
Bild 13:
Verteilung von elektronischen Bauteilen im Golf 7
Quelle: Strategische Metalle in Leiterplatten
Golf 7: Ergebnispräsentation Firma FITUmwelttechnik GmbH am 24.04.2013
Die in allen elektronischen Bauteilen enthaltenen Leiterplatten haben zusammen eine
Masse von 2,4 kg. Mit den Werten aus Tabelle 2 lässt sich daraus die absolute Menge
an strategisch wichtigen Technologiemetallen in den Leiterplatten hochrechnen.
Bild 14 zeigt mit sechs Gramm Technologiemetallen das Ergebnis. Cu ist dabei nicht
aufgeführt, da es wegen seiner großen Masse von annähernd 600 g nicht in den Maßstab der Darstellung passen würde. Darüber hinaus zählt Cu aber auch bereits zu den
Massenmetallen, auf deren Separation die Aufbereitung von Shredder-Rückständen
ausgerichtet ist (Kapitel 3.3.1.).
Tantal
Silber
Antimon
Palladium
Bild 14:
Gold
Die Aufteilung der sechs Gramm
strategisch wichtigen Technologiemetalle in bestückten Leiterplatten
eines Golf 7
Wie bereits unter 4.2. erläutert, sind die
nachgewiesenen Werte für Pt und Ru so
gering, dass sie in Bild 14 nicht darstellbar
sind. Das Recycling der 3,1 g Edelmetalle
Ag, Au, Pd ist über die Cu-Raffination
möglich. Für die 2,9 g Sb und Ta existieren
derzeit keine anwendbaren Recyclingverfahren (Kapitel 5.3.).
Vor dem Hintergrund der Rückgewinnungsrate von 20 Prozent für Edelmetalle
über die Aufbereitung von Shredder
-Rückständen (Kapitel 3.3.4.) wurde
untersucht, welcher Aufwand für die
Demontage der einzelnen elektronischen
Komponenten anfällt. Bild 15 zeigt das
Ergebnis [21].
Dabei wurde der Materialwert der elektronischen Komponenten über die Börsenkurse
der enthaltenen Metalle ermittelt. Bild 15 zeigt, dass die drei Bauteile mit dem größten
Materialwert relativ schnell demontiert werden können und insgesamt sechs Bauteile
(grüne Punkte in Bild 15) ein günstiges Verhältnis von Materialwert zu Demontageaufwand haben.
119
Materialwert
Dieter Schmid, Lutz Zur-Lage
Bild 15:
Materialwert versus Demontageaufwand für alle elektronischen
Bauteile im untersuchten Golf 7
Quelle: Strategische Metalle in Leiterplatten
Golf 7: Ergebnispräsentation Firma FITUmwelttechnik GmbH am 24.04.2013
Demontageaufwand
Um die Angaben zu Materialwert und Demontageaufwand abzusichern, wurden
diese sechs Bauteile im Detail untersucht. Dazu wurden einzelne Bauteilanalysen bei
der Firma IMG und eine Zeitstudie bei der Firma CAB beauftragt. CAB gehört zum
schwedischen Konzern Consulting AB Lennermark & Andersson und ist ein weltweit
tätiger Dienstleister im Zeit- und Prozessmanagement. Nach Angaben von Firma CAB
beträgt die Demontagezeit für die sechs Bauteile insgesamt 10,2 Minuten, wobei die
Rüst- und Verteilzeiten berücksichtigt sind [22]. Bild 16 zeigt die sechs Bauteile und
ihre Lage im Fahrzeug.
3
4
1 Steuergerät für Motor
2
2 Steuergerät für Infotainment
3 Anzeige- und Bedieneinheit
4 Zusatzbremsleuchte
5
5 Kombiinstrument
6
6 Auslösegerät für Airbag
1
Bild 16:
Die sechs untersuchten Bauteile am Golf 7 mit günstigem Verhältnis von Materialwert
versus Demontagekosten
Quelle: Recycling Golf 7: Ergebnispräsentation Firma Consulting AB Deutschland GmbH am 16.10.2013
120
Recycling von Altfahrzeugen
Die Bauteilanalysen ergaben, dass mit den Leiterplatten aus diesen sechs Bauteilen
über 40 Prozent der in allen Leiterplatten des Golf 7 enthaltenen strategisch wichtigen
Technologiemetalle (bezogen auf den Materialwert) erfasst sind. Berücksichtigt man
die über die Aufbereitung der Shredder Rückstände zurück gewonnenen Edelmetalle
(Kapitel 3.3.4.) so ergibt sich eine Recyclingquote für Technologiemetalle aus elektronischen Bauteilen von über 50 Prozent bei einem zusätzlichen Demontageaufwand
von rund zehn Minuten.
4.4. Recycling von Katalysatoren und Dieselpartikelfiltern (DPF)
Katalysatoren und DPF von Fahrzeugen enthalten mehrere Gramm der strategisch
wichtigen Technologiemetalle Pd und Pt in unterschiedlichen Verteilungen; Katalysatoren können darüber hinaus auch etwas Rhodium enthalten. Die genauen Werte
schwanken je nach Hersteller, Modell und Motorisierung erheblich. Tendenziell wird in
Katalysatoren überwiegend Pd und in DPF überwiegend Pt eingesetzt. Das Recycling
der Katalysatoren ist ein Erfolgsmodell: der Katalysator ist mit wenigen Handgriffen
zu demontieren und konnte nach Auskunft von Demontagebetrieben im Jahr 2013
durchschnittlich für 68 EUR an Aufbereitungsbetriebe weiterverkauft werden. Aufgrund der wirtschaftlichen Attraktivität ist davon auszugehen, dass das Recycling von
Katalysatoren optimal funktioniert, sofern die Eigentümer der Altfahrzeuge entsprechend informiert sind und die geeignete Rückführlogistik für Katalysatoren vorhanden ist. Auch ökologisch bringt das Recycling der Katalysatoren große Vorteile: die
CO2-Emissionen sind bei der Gewinnung der Sekundärmetalle um rund 99,5 Prozent
geringer als bei den Primärmetallen.
Bezogen auf den Materialwert werden im Katalysator bzw. DPF wesentlich mehr strategisch wichtige Technologiemetalle eingesetzt als in den Leiterplatten. Im DPF kann
der Wert der eingesetzten Metalle bis zum 15-fachen des Werts der Metalle in den
Leiterplatten eines Golf 7 betragen. Für eine erste Abschätzung wird hier die konservative Annahme getroffen, dass der durchschnittliche Metallwert in Katalysatoren und
DPF mindestens viermal so hoch ist wie der in Leiterplatten. Daraus folgt, dass durch
Demontage des Katalysators und der sechs elektronischen Bauteile (Bild 16) mehr als
90 Prozent der betrachteten strategisch wichtigen Technologiemetalle im Fahrzeug
einem Recycling zugeführt werden können.
5. E-Fahrzeuge – weitere Recyclingpotenziale
Elektromobilität gilt als eines der wesentlichen technologischen Zukunftsfelder. Das
Ziel der Einsparung von Rohöl und erheblicher Mengen an Treibhausgasen wurde
von der Bundesregierung in die konkrete Vision 1 Million Elektrofahrzeuge bis 2020
übersetzt. Aus heutiger Sicht sind die anspruchsvollen CO2-Emissionszielwerte der
EU von durchschnittlich 95 g/km für PKW nur durch eine generell zunehmende
Elektrifizierung des Antriebstrangs erreichbar. Aus Sicht des Recyclings bringt diese
Entwicklung neue Aufgaben mit großem Potenzial. Das Potenzial wird aus der Werkstoffverteilung ersichtlich (Bild 17).
121
Dieter Schmid, Lutz Zur-Lage
Vergleicht man die Werkstoffverteilung des E-Golf mit der des Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor (Bild 3) fällt auf:
• Eisenmetallanteil fällt um 7,7 Prozentpunkte
• Leichtmetallanteil steigt um 2,1 Prozentpunkte
• Buntmetallanteil steigt um 5,6 Prozentpunkte
• Metallanteil insgesamt konstant
Da Buntmetall- und Leichtmetallschrotte generell höhere Preise erzielen als Eisenmetallschrotte, sind die Schrotterlöse beim E-Fahrzeug potenziell höher als beim
Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Hierbei ist allerdings zu beachten, dass bei reinen
E-Fahrzeugen die Erlöse aus dem Recycling von Katalysatoren entfallen und dass bei
einigen Recyclingverfahren für neue Komponenten der E-Mobilität noch Optimierungsbedarf besteht.
Polymere
Buntmetalle
Verbunde
und sonstiges
4,3 %
8,2 %
Leichtmetalle
Elektronik
0,2 %
10,3 %
Stahl und Eisen
55,2 %
Bild 17:
Prozesspolymere
0,7 %
17,5 %
Betriebsstoffe
und Hilfsmittel
3,6 %
Werkstoffverteilung im Elektro-Golf 7
Alle Varianten von Elektrofahrzeugen (Hybrid-, Plug-In-Hybrid-, Range-Extender-,
vollelektrische Fahrzeuge) enthalten als wesentliche Komponenten Antriebsbatterien
(aus heutiger Sicht Lithium-Ionenbatterien), Elektromotoren und Leistungselektroniken. Dazu kommt ergänzend die Forderung nach neuen Leichtbaukomponenten. Auch
wenn E-Fahrzeuge erst nach dem Jahr 2030 in größeren Stückzahlen zum Recycling
anfallen werden und die technischen sowie die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen
über diesen langen Zeitraum kaum prognostiziert werden können, so wurden doch
bereits zahlreiche Projekte gestartet, um die Voraussetzungen für ein hochwertiges
Recycling der neuen Komponenten und Werkstoffe zu schaffen. Nachfolgend eine
beispielhafte Auswahl von Projekten.
122
Recycling von Altfahrzeugen
5.1. Batterien
Im Jahr 2009 wurde mit LithoRec I ein Forschungsprojekt zum Recycling von LithiumIonen Traktionsbatterien gestartet. Die zentrale Intention des Projekts war die Rückgewinnung der in den Batterien enthaltenen Materialien. An dem vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit mit 8,4 Millionen EUR geförderten
Verbundprojekt waren zehn Industriepartner und sechs Hochschulinstitute beteiligt.
Die Koordination des Projektes oblag dem Niedersächsischen Forschungszentrum
Fahrzeugtechnik (NFF) [23].
Das in 2012 gestartet Nachfolgeprojekt LithoRec II baut auf die im LithoRec I Forschungsprojekt dargestellten Prozesse auf. Parallel zu den Forschungsarbeiten werden
die beteiligten Projektpartner eine Pilotanlage einrichten und betreiben. Insgesamt
ist es Ziel des Verbundprojektes, hohe Recyclingeffizienzen und die Grundlage für
eine wirtschaftlich tragfähige Verwertung von Lithium-Ionen-Traktionsbatterien in
Deutschland zu schaffen. In Verbindung mit den Projektpartnern kann so eine geschlossene Wertschöpfungskette dargestellt werden [24].
5.2. E-Motoren
Unter Leitung der Siemens AG wurde im Jahr 2011 ein dreijähriges Projekt zum Recycling von E-Motoren gestartet. Ziel des vom Bundesministerium für Bildung und
Forschung geförderten Verbundforschungsprojektes MORE ist die Entwicklung einer
industriell umsetzbaren ganzheitlichen Lösung zur Wiederverwendung und -verwertung von Komponenten und Materialien aus Elektromotoren von Elektro- und Hybridfahrzeugen. Der Schwerpunkt der Entwicklungsarbeiten ist die Wiedergewinnung
der in Hochleistungsmagnetmaterialien verwendeten SE (Seltenen Erden)-Metalle.
Im Rahmen des Projektes werden Technologien entwickelt und Konzepte erstellt, die
sowohl die Wiederverwendung des Elektromotors und seiner Komponenten in ihrer
Funktion als auch die stoffliche Verwertung der Magnetmaterialien umfassen [25].
Unabhängig von den Ergebnissen des Projekts MORE sei aber darauf hingewiesen,
dass Recycling nur einen kleinen Teil der Versorgung mit SE-Metallen liefern kann. In
einer aktuellen Studie wurde abgeschätzt, dass Recycling im Jahr 2020 den Weltbedarf
an Neodym zu etwa 5 Prozent und an Dysprosium zu nahe 0 Prozent decken kann.
Bis zum Jahr 2030 steigen diese Werte für Neodym auf 9 Prozent und für Dysprosium
auf 7 Prozent an. Mehr als 90 Prozent des Bedarfs an Neodym und Dysprosium muss
demnach kurz- und mittelfristig aus primären Quellen gedeckt werden. Wesentliche
Gründe sind der Studie zufolge der weltweit steigende Bedarf sowie die Langlebigkeit
der Produkte [26].
5.3. Leistungselektronik
Unter der Leitung des Öko-Instituts wurde am 01.12.2013 das vom Bundesministerium
für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) geförderte Verbundprojekt zum Recycling von Leistungselektronik aus E-Fahrzeugen (Elmo ReL 2020)
gestartet.
123
Dieter Schmid, Lutz Zur-Lage
Ziel des Verbundprojekts ist die Entwicklung eines praxisgerechten Recyclingkonzepts
für die Komponente Leistungselektronik. Hierfür sollen anhand von geeigneten Materialproben mit Hilfe umfangreicher Analysen, Experimenten und Versuchsreihen für
alle notwendigen Verfahrensschritte optimale Lösungen zum Recycling von Technologiemetallen aus der Leistungselektronik entwickelt werden. Dabei stehen weniger
die Edelmetalle sondern mehr die bisher aus bestückten Leiterplatten nicht recycelten
Elemente wie Ga, Sb oder Ta im Vordergrund.
5.4. Leichtbaukomponenten
Im Raum Wolfsburg wurde im Jahr 2013 die Open Hybrid LabFactory e.V. gegründet.
Ziel der Open Hybrid LabFactory ist die Entwicklung großserientauglicher Fertigungs- und Produktionstechnologien für die wirtschaftlich und ökologisch nachhaltige
Herstellung hybrider Leichtbaukomponenten aus Metallen, Kunststoffen und textilen
Strukturen. Es wird die gesamte Wertschöpfungskette für hybride Bauteile abgebildet; von der konzeptionellen Auslegung über die Kohlenstofffaserherstellung und
den hybriden Fertigungsprozess bis hin zum Recycling. Das Bundesministerium für
Bildung und Forschung fördert das Vorhaben bei einer Laufzeit von bis zu 15 Jahren
mit insgesamt bis zu 30 Millionen Euro [27].
6. Zusammenfassung und Fazit
Moderne Fahrzeuge haben durch ihre Werkstoffe einen hohen Materialwert (Schrottwert), der gute Voraussetzungen für ein ökologisch sinnvolles und ökonomisch attraktives Recycling liefert.
Dieses Potenzial kann mit modernen Aufbereitungsverfahren genutzt werden. Dabei ist
das wirtschaftliche Optimum zwischen Demontage und Shredder zu beachten, immer
wieder zu hinterfragen und bei Bedarf neu zu justieren.
Mit moderner Verfahrenstechnik sind die massebezogenen Quoten der Altfahrzeuggesetzgebung unter ökonomischen Bedingungen zu erfüllen. Dies gilt insbesondere auch
für neuere Fahrzeuge, die im Schnitt erst im Jahr 2024 als Altfahrzeuge anfallen werden.
Auch für das Recycling von Edelmetallen kann die Verfahrenstechnik heute schon
Beiträge liefern. Weitere Optimierungspotenziale zeichnen sich ab.
Mit der manuellen Demontage von sechs elektronischen Bauteilen wird ein erheblicher
Teil der strategisch wichtigen Technologiemetalle aus Leiterplatten dem Recycling
zugeführt. Berücksichtigt man den manuell demontierten Katalysator und die bei der
Aufbereitung von Shredder Rückständen mit moderner Verfahrenstechnik separierten
Edelmetalle ergibt sich eine (wertmäßige) Recyclingquote für diese Metalle in den
betrachteten Bauteilen von mindestens 90 Prozent.
Unter Beteiligung der Automobilindustrie wird intensiv daran gearbeitet die Recyclingkreisläufe für weitere strategisch wichtige Technologiemetalle zu schließen und
zu optimieren.
124
Recycling von Altfahrzeugen
7. Quellenverzeichnis
[1] The Automobile Industry Pocket Guide 2013: European Automobile Manufacturers Association
(ACEA) – http://www.acea.be/publications/archives/category/acea-pocket-guide, 21.02.2014
[2] The 2013 EU Industrial R&D Investment Scoreboard: European Commission – http://iri.jrc.
ec.europa.eu/scoreboard13.html, 11.12.2013
[3] Perspektiven für alte Teile/Das Volkswagen-SICON Verfahren. In: VIAVISION Nr.2 (2009):
Medienfachverlag Rommerskirchen GmbH. http://www.viavision.org/index.rnd?id=10,
11.12.2013
[4] Altfahrzeug-Verwertungsquoten in Deutschland im Jahr 2011: Bericht des Umweltbundesamts
und des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit – http://www.
bmu.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Wasser_Abfall_Boden/Abfallwirtschaft/
qualitaetsbericht_altfahrzeug_2011_bf.pdf, 11.12.2013
[5] Verband der Automobilindustrie e.V. (VDA): Werkstoff-Klassifizierung im Kraftfahrzeugbau.
In: VDA 231-106, Frankfurt (1997) – http://www.vda.de/de/publikationen/publikationen_
downloads/detail.php?id=135, 11.12.2013
[6] Durchschnittliche Stahlschrott-Einkaufspreise der Mitgliedsunternehmen der Wirtschaftsvereinigung Stahl – http://www.bdsv.org/downloads/wvs_preise_2013.pdf, 11.12.2013
[7] Eigene Kalkulation anhand von Angaben deutscher Autoverwerter im November 2013
[8] Vom Altfahrzeug zur Rohstoffquelle – Das Prinzip – http://www.volkswagen.de/de/markenwelt/
verantwortung/recycling/verwertung1.html, 21.02.2014
[9] 2005/293/EG, Entscheidung der Kommission vom 01.04.2005 – http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2005:094:0030:0033:DE:PDF, 11.12.2013
[10]Steinert – http://www.steinertglobal.com/de/home/, 11.12.2103
[11]Tomra Sorting Solutions – http://www.tomrasorting.com/, 11.12.2013
[12]Galloo: Let’s recycle plastics – http://www.galloo.com/, 11.12.2013
[13]Polyfloat: Pure Plastics – http://sicontechnology.com/recycling-verfahren/plastic-recycling/
polyfloat/, 11.12.2013
[14]Converting Waste Plastic to Crude Oil – http://www.agilyx.com/, 11.12.2013
[15]Plastic to energy process – http://www.vadxx.com/#!home/mainPage, 11.12.2013
[16]ReEnvision: A comprehensive concept – http://sicontechnology.com/recycling-verfahren/reenvision/, 11.12.2013
[17]ecoloop - recycle to gas – http://www.ecoloop.eu/page.php, 11.12.2013
[18]Goldmann D.; Duwe C.; Schmid D.; Schülke S.: Shredder Sand. In: Innovative Technologien für
Ressourceneffizienz in rohstoffintensiven Produktionsprozessen.Fraunhofer Verlag, Stuttgart
(2013) – http://www.verlag.fraunhofer.de/bookshop/artikel.jsp?v=240090, 11.12.2013
[19]Institut für Materialprüfung Glörfeld GmbH (IMG), Schreiben vom 20.08.2010
[20]Critical raw materials for the EU: Ad-hoc WG, European Commission 30.07.2010
[21]Strategische Metalle in Leiterplatten Golf 7: Ergebnispräsentation Firma FIT-Umwelttechnik
GmbH am 24.04.2013
[22] Recycling Golf 7: Ergebnispräsentation Firma Consulting AB Deutschland GmbH am 16.10.2013
[23]LithoRec I: Recycling von Lithium-Ionen-Batterien – http://www.lithorec.de/, 13.12.2013
[24]LithoRec II: Recycling von Lithium-Ionen-Batterien – http://www.erneuerbar-mobil.de/projekte/foerderung-von-vorhaben-im-bereich-der-elektromobilitaet-ab-2012/forschung-undentwicklung-zum-thema-batterierecycling/lithorec-ii, 13.12.2013
125
Dieter Schmid, Lutz Zur-Lage
[25]Motor Recycling (MORE) – http://www.ifa.tu-clausthal.de/lehrstuehle/lehrstuhl-fuer-rohstoffaufbereitung-und-recycling/forschung/aktuelle-projekte/more/, 13.12.2013
[26]Kleijn J.H.; Yongxiang Yang R.: Recycling as a Strategy against Rare Earth Element Criticality.
In: Environmental Science & Technology, 47. 2013
[27]Forschungs Campus Open Hybrid LabFactory e.V. – http://open-hybrid-labfactory.de/startseite/forschungschwerpunkte/, 13.12.2013
126