Recycling - think ING. kompakt 06/07|2021

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Juni | Juli 2021

kompakt D e i n E i n bli c k i n d i e We l t d e r In ge ni e u r i nn e n u n d In ge ni e u r e

© Michael Bokelmann

RECYCLING

ES GEHT UM DIE ROHSTOFFE P O R T R ÄT HEISSZEIT ab Seite 2

A N W EN D U N GS B EI S P I EL E ZURÜCK IN DEN KREISL AUF ab Seite 4

Nachhaltigkeit und Klimaschutz sind heute selbstverständliche Faktoren, die es in den Unternehmen bei jeder Produktionsentscheidung und jeder Investition zu bedenken gilt. Logisch, dass die Recyclingbranche daher seit einigen Jahren einen wahren Boom erlebt. Der größere Bedarf an Rohstoffen – beispielsweise eines Elektromobils gegenüber einem Vergaserauto – kann nur kompensiert werden, weil Lithium-Ionen-Akkus sortenrein nach Materialien getrennt zum allergrößten Teil recycelt werden können. Dem globalen Bauboom ist es zu verdanken, dass ironischerweise ausgerechnet der sprichwörtliche Sand am Meer zur knappen Ressource wurde. Ganze Strände wurden schon illegal abgetragen. Stonecycling könnte zur Lösung beitragen.

Außerdem erfahrt ihr in dieser kompakt, was das Recycling von Aluminium so besonders macht und ob Autos aus Abfall produziert werden können.

© Michael Bokelmann

© Michael Bokelmann

Stephanie Kruse vor dem geöffneten Schmelzofen

HEISSZEIT „Ich war eine Dose!“ So lautete vor einigen Jahren ein Werbeslogan für Getränkedosen-Recycling.

Wiederverwertung ist heute aktueller denn je. Tausende Tonnen Getränkedosen aus Aluminium werden bei Aluminium Norf GmbH in Neuss recycelt. Zuständig für diesen Prozess ist die Ingenieurin Dr. Stephanie Kruse.

In einer fensterlosen Halle stehen zwei gigantische Öfen, in denen bei über 700 Grad Aluminium geschmolzen wird. Die Brenner rauschen, schwere Spezialfahrzeuge fahren große Tiegel durch die Halle. Recycling-Fachleute bedienen die Anlagen.

Vom Aluminium ist nichts zu sehen. Dann öffnet sich an der Anlagenseite eine riesige Klappe, die Halle wird mit Hitze geflutet und ein Becken mit flüssigem Aluminium wird sichtbar.

Die Ingenieurin im Gespräch mit einem Mitarbeiter

UNGENUTZTE DOSEN FA S Z I N AT I O N S C H M E L Z E

Erfahrt mehr über Stephanie Kruse – per Link oder QR-Code: s.think-ing.de/alunorf

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90 Tonnen flüssiges Leichtmetall befinden sich jeweils in einem der beiden mit Gas betriebenen Öfen. Diese Öfen laufen im Dauerbetrieb wortwörtlich heiß. Dazwischen steht die Produktionsleiterin des Recyclingcenters Dr. Stephanie Kruse. Die Ingenieurin der Metallurgie und Werkstofftechnik ist seit zwei Jahren Leiterin der beiden Recyclingöfen. „Ich mag nicht nur die fachliche und wissenschaftliche Herausforderung“, sagt die 35-Jährige. „Das Handling mit flüssigem Metall fasziniert mich einfach.“

Bei der Alunorf, wie die Mitarbeitenden ihr Unternehmen nennen, kommen in einer großen Vorhalle Aluminiumdosen an, die aus dem Herstellungsprozess als Abfallprodukte zurückgeblieben sind. Die Dosenhersteller optimieren ihre Prozesse ständig, dennoch gibt es Produktionsabfälle. Und die landen als verpresste Pakete in Neuss. Besonders die Aufdrucke der lackierten Dosen stellen das Recycling vor Herausforderungen. „Vor dem eigentlichen Einschmelzen muss das Material unbedingt thermisch behandelt werden, um organische

© Michael Bokelmann

Verbindungen zu verschwelen. Das sind neben den Lacken auch Öle und Fette. Das ist notwendig, damit das ansonsten saubere Aluminium nicht verunreinigt wird.“

HEISSER PROZESS Dafür kommen die verpressten Schrotte in einen Teil des Ofens, in dem bereits hohe Temperaturen herrschen. Nachdem das organische Material thermisch abgetrennt wurde, werden die Pakete tiefer in den Ofen geschoben und verschmelzen mit dem Rest zu über 700 Grad heißem Aluminium.

Später öffnet sich eine kleine Klappe am Ofen und silbrig schimmerndes, flüssiges Aluminium läuft über einen unscheinbaren Führungskanal in einen Tiegel, der zehn Tonnen flüssiges Aluminium fasst. Anschließend kommt ein riesiges Fahrzeug, entnimmt das Fass voller Schmelze und fährt damit in die benachbarte Schmelzgießanlage, in der das Material weiterverarbeitet wird.

Das Spezialfahrzeug entnimmt dem flüssigen Material die Schlackestoffe – Krätze genannt

PROZESS IM BLICK

Die Dosen kommen bereits als verpresste Blöcke in Neuss an

G U T E S R E C YC L I N G Über 90.000 Tonnen Aluminium produziert Stephanie Kruse pro Jahr mit ihrem rund 40-köpfigen Team. Man merkt ihr den Spaß an der Arbeit an, wenn sie über die verschiedenen Legierungstypen spricht und über die Nachhaltigkeit des Aluminium-Recyclings im Vergleich zu den energieaufwendigen Prozessen in der Primärherstellung. Bei der Alunorf werden nicht nur Getränkedosenabfälle dem Recycling-Kreislauf zugeführt, sondern auch Rückläufer aus der Verpackungs-, Druck- oder Automobilindustrie. „Aluminium ist praktisch in der Nutzung und lässt sich ohne wesentliche Qualitätseinbußen immer wieder recyceln“, so Stephanie Kruse.

Die Ingenieurin der Metallurgie und Werkstofftechnik ist in ihrem Element

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© Michael Bokelmann

© Michael Bokelmann

Allerdings ist Aluminium nicht gleich Aluminium.

Deshalb kommt es darauf an, sortenrein nach den unterschiedlichen Legierungen zu recyceln.

Als Legierung bezeichnet man die Verbindung eines Metalls mit weiteren Elementen durch Verschmelzen. Bei der Wiederverwertung werden die Aluminiumlegierungen daher anhand ihrer Zusammensetzung, dem Mischverhältnis der Elemente, sortiert und recycelt. Während das bei der Alunorf verarbeitete Aluminium vergleichsweise weich ist, um daraus etwa eine Dose tiefzuziehen, muss das Aluminium, das andernorts verarbeitet wird, hart sein, um daraus zum Beispiel Motorblöcke oder Autorahmen herzustellen zu können.

Stephanie Kruse hat den gesamten Prozess im Blick, spricht die Verfahren immer wieder mit den MaschinenbedienerInnen ab und dreht kontinuierlich an der Qualitätsschraube auf dem Weg zum umweltfreundlicheren Aluminium.

© Duesenfeld GmbH

ZURÜCK IN DEN KREISLAUF Batterien ständig weiterentwickeln, muss auch das Recycling auf dem neusten Stand sein. Duesenfelds IngenieurInnen verfolgen und bewerten die Weiterentwicklungen der Akkus akribisch und forschen permanent an neuen Recyclingverfahren.

CHEMISCHES RECYCLING: AUTOS AUS ABFALL LITHIUM-IONEN-AKKUS: ALLES MUSS RAUS Die Duesenfeld GmbH schreddert ausgediente Lithium-Ionen-Batterien und holt aus ihnen alles heraus, was drinsteckt.

Die Lithium-Ionen-Batterie ist das Rückgrat der ökologischen Verkehrswende und zugleich auch ihre Achillesferse. Für den PKW gilt sie als leistungsfähigste Speichertechnologie.

Umweltfreundlich ist sie allerdings nur, wenn es gelingt, bei ihrer Produktion den Verbrauch an Rohstoffen drastisch zu reduzieren. Ein Weg dorthin ist ein effizientes Recycling. Wie das funktioniert, zeigt ein Unternehmen aus Niedersachsen.

Die Duesenfeld GmbH verbindet in ihrem Recyclingverfahren mechanische, thermodynamische und hydrometallurgische Prozesse. Das Unternehmen erreicht so eine Recyclingquote von 91 Prozent. Beim üblichen Einschmelzverfahren für Batterien kommt man gerade einmal auf 32 Prozent.

Der Prozess stellt allerdings hohe Anforderungen an die IngenieurInnen. Um brennbare Elektrolyte und andere gefährliche Inhaltsstoffe zu entschärfen, werden die Altbatterien unter Stickstoffatmosphäre bei niedrigen Temperaturen deaktiviert, damit sie sich nicht mehr selbst entzünden können.

Anschließend werden sie unter speziellen Bedingungen zerkleinert und das Schreddermaterial wird bei geringen Temperaturen getrocknet. Das Lösungsmittel der Elektrolyten wird anschließend zurückgewonnen und in der chemischen Industrie wiederaufbereitet. Die im Recyclingprozess zurückbleibende Schwarzmasse sieht aus wie Sondermüll, enthält aber die wertvollen Metalle Cobalt, Lithium, Nickel und Mangan sowie Graphit.

Mit einem eigens entwickelten hydrometallurgischen Verfahren gewinnt Duesenfeld all diese Substanzen zurück und stellt sie zur Herstellung neuer Kathodenaktivmaterialien – chemischer Substanzen zur Energiespeicherung in Batterien – zur Verfügung.

Ein großer Fortschritt, denn bisher funktionierte das nur bei Cobalt und Nickel, die übrigen Materialien landeten auf dem Müll. Da sich Lithium-Ionen-

Könnte man nicht die zahlreichen Kunststoffteile der Autokarosserie ebenfalls recyceln? Die Frage tauchte zuerst bei einem CO2-Workshop des Autoherstellers Audi zur Ressourcen-Effizienz auf.

Das Problem dabei ist: Während sich sortenreine Kunststoffe oft mechanisch wiederverwerten lassen, sind gemischte Kunststoffabfälle für das Recycling eine große Herausforderung. Um hier neue Möglichkeiten auszuloten, startete Audi gemeinsam mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) den Thinktank Industrielle Ressourcenstrategien.

Ein Pilotprojekt für chemisches Recycling, das erforschen soll, wie sich Teile aus unterschiedlichen Kunststoffen ressourcenschonend wiederverwerten lassen. Die Lösung heißt Pyrolyseöl. Sollte das Verfahren greifen, käme man ganz ohne Mineralöl aus, könnte Autos nachhaltiger und ökologischer herstellen und auch Altfahrzeuge effektiver recyceln. Zwei Teams um Prof. Dr. Dieter Stapf und Dr. Rebekka Volk prüfen am KIT derzeit die technische Machbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Umweltauswirkungen des Verfahrens. Audi stellt aussortierte Kraftstofftanks, Radzierblenden oder Kühlerschutzgitter zur Verfügung, die am KIT zu Pyrolyseöl verarbeitet werden. Offenbar unterscheidet sich die Qualität von Bauteilen aus Pyrolyse- und aus Erdöl kaum. Neben Audi forscht derzeit auch der Chemiekonzern BASF an diesem Verfahren, das dort kurz als ChemCycling™ bezeichnet wird. © Audi

Batterien im Schredder

Pyrolyseöl wird aus Kunststoffschrott gewonnen und könnte Erdöl bei der Herstellung von Kunststoffteilen für Autos ersetzen.

Kunststoff-Recycling für Autos: Ein Thinktank am KIT arbeitet daran

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© StoneCycling

Ward Massa ist Mitbegründer des Start-ups StoneCycling

ALUMOBILITY: ALUMINIUM MACHT E-AUTOS LEICHTER Die Industrie sieht gute Zukunftschancen für den unbegrenzt recycelbaren Werkstoff.

Ein Amsterdamer Start-up fertigt aus Bauschutt attraktive Ziegelsteine.

Das gibt’s wie Sand am Meer? Wohl kaum, denn der Sand am Meer wird knapp. Wasser ist unsere wichtigste Ressource. Dicht gefolgt von Sand.

Unsere gesamten Städte sind sozusagen auf Sand gebaut. Denn ohne Sand kein Beton. Der Rohstoff ist mittlerweile so begehrt, dass schon ganze Strände gestohlen wurden. Wüstensand dagegen ist leider als Baustoff ungeeignet. Da ist es ein gutes Signal, dass ein Amsterdamer Start-up vormacht, wie man aus Bauschutt und anderen Abfällen hochwertige und sehr trendige Baumaterialien herstellen kann. Ward Massa, einer der Gründer von StoneCycling, setzt vor allem auf den Vorbildeffekt seines Unternehmens und hofft, dass die Bauriesen anfangen, die innovativen Verfahren des Zwergs zu kopieren. Baumaterialien aus Abfall, das ist eine geniale Idee. Europaweit fallen jährlich 800 Millionen Tonnen Bauschutt an.

Das Material endet auf riesigen Halden. Auf der anderen Seite entwickelt sich der Rohstoffmangel bei der Herstellung von Baumaterialien zu einem echten Problem. Aus Sicht des Firmengründers ist das Materialverschwendung und ökologisch eine Katastrophe. Er will den Abfall nutzen, um hochwertige Produkte herzustellen, ihn sozusagen upcyceln. Die von StoneCycling hergestellten Ziegel bestehen bisher zu 60 Prozent aus Abfall. Ward Massa ist überzeugt, dass auch 100 Prozent möglich wären. Aber die eher konservative Bauindustrie tue sich mit der Umstellung noch schwer. Die Kombination des Abfallmaterials bestimmt das Erscheinungsbild der Steine. Die Textur zeigt das Innere des geschnittenen Backsteins mit Inhaltsstoffen wie Badkeramik und anderen. StoneCycling tue alles dafür, die Materialien aus Müll sexy aussehen zu lassen, sagt Massa. Denn die meisten Kunden wollen nachhaltige Produkte nur, wenn sie auch ihren ästhetischen Ansprüchen entsprechen.

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Stabil und recyclebar: Karosserie aus Alu

© Alumobility

STONECYCLING BAUT AUF UPCYCLING

Ein Dilemma der Automobilindustrie ist, dass neue Komponenten und Technologien das Gewicht der Fahrzeuge ständig erhöhen. Doch mehr Gewicht bedeutet mehr Kraftstoffverbrauch. Deshalb setzen Hersteller vermehrt auf leichtgewichtige Komponenten. Recyclefähiges Aluminium bietet sich da an. Um diesem Prozess neuen Schwung zu geben, haben sich zwei weltweite Player zusammengetan: der AluminiumprodukteEntwickler Constellium und der weltgrößte Aluminium-Recycler Novelis. Novelis betreibt von Nord- und Südamerika über Europa bis Asien ein integriertes Netzwerk technisch hochentwickelter Walz- und Recyclinganlagen. In der Verwendung von leichtem, unbegrenzt recycelbarem Aluminium sieht das Unternehmen eine Chance für nachhaltige, umweltfreundliche Produkte. Alumobility, eine von beiden Unternehmen gemeinsam gegründete NonProfit-Organisation, soll den Einsatz von AluminiumKarosserieblechen im Automobilbau erforschen.

Man verspricht sich davon höhere Recyclingraten und niedrigere CO2-Emissionen über den gesamten Lebenszyklus der Fahrzeuge. Technischen Studien zufolge sind Aluminium-Türen und eine B-Säule (das direkte Verbindungselement zwischen dem Boden und dem Dach in der Mitte des PKW) aus Vollaluminium machbar. Bei der Bearbeitung hätte der Werkstoff zudem den Vorteil, dass er bei Lieferung noch nicht sehr fest ist und sich leicht umformen lässt.

Das Studium der Recyclingtechnik deckt disziplinübergreifend naturwissenschaftliche Fächer sowie Geologie, Ökologie, aber auch Mathe ab. Die Studierenden erlernen zunächst die Grundlagen, um sich im weiteren Verlauf bis hin zum Master fachspezifisch zu spezialisieren. Exkursionen und (Labor-) Praktika bereiten auf die späteren Arbeitsumfelder vor.

© privat

© privat

WAS STUDIEREN?

RECYCLING – JETZT FÜR SPÄTER

Lina-Sophie Kellner beim Studium im Labor und mit Hund in der Natur

„Zukunftsorientiert, praxisorientiert und familiär.“ Mit diesen drei Worten beschreibt Lina-Sophie Kellner das Studium Umwelt- und Recyclingtechnik an der Hochschule Nordhausen. Im Interview erzählt sie uns, wieso Recycling so wichtig ist und einiges an Insiderwissen zum Studium.

WA S FA S Z I N I E R T D I C H A N D E M T H E M A R E C YC L I N G ?

Recycling und Umweltschutz hängen ja fest zusammen. Für mich persönlich ist es ein großer Aspekt des Umweltschutzes, die Müllwellen durch Recycling zurückzuschrauben. Neue Verfahren zu finden, dass immer mehr recycelt werden kann, damit immer weniger Abfall anfällt, hat einen großen Einfluss auf die Umwelt. Durch den Studiengang kann ich jetzt aktiv die Umwelt schützen.

W E L C H E FAC H B E R E I C H E D E C K T DA S STUDIUM AB? Einen großen Teil nehmen Naturwissenschaften wie Chemie, Physik und Mikrobiologie ein. Es beinhaltet aber auch viel Technik, vor allem mechanische Verfahrenstechnik und Werkstofftechnik. Durch den Umweltaspekt haben wir zusätzlich die Module Abfall- und Abwassertechnik und Umweltanalytik.

Natürlich ist überall Mathe dabei. Zuerst war ich ziemlich unsicher, weil ich in der Schule große Probleme mit Mathe hatte. Klar, am Anfang war es echt schwierig, aber das kriegt man hin. Die Dozierenden sind sehr hilfsbereit und es werden Basis- und Aufbaukurse angeboten. Die helfen auf jeden Fall.

IN WELCHEN BEREICHEN K ANN MAN N AC H D E M S T U D I U M A R B E I T E N ?

Dadurch, dass das Studium so viele Fachbereiche abdeckt, gibt es sehr viele verschiedene Möglichkeiten. Man kann in die Forschung gehen, in den Anlagenbau, direkt auf Deponien arbeiten oder bei Kläranlagen. Es gibt auch immer mehr Stellen im öffentlichen Dienst. Durch die Verfahrenstechnik könnte man sogar in die Pharmazie gehen.

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Eine Zusammenstellung einiger RecyclingStudiengänge findet ihr unter folgendem Link und QR-Code s.think-ing.de/recycling

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IMPRESSUM Herausgeber GESAMTMETALL Gesamtverband der Arbeitgeberverbände der Metall- und Elektro-Industrie e.V. Voßstraße 16 - 10117 Berlin Verantwortliche Leitung Wolfgang Gollub Redaktion und Gestaltung concedra GmbH, Bochum Druck color-offset-wälter GmbH & Co. KG, Dortmund Alle in dieser kompakt enthaltenen Inhalte und Informationen wurden sorgfältig auf Richtigkeit überprüft. Dennoch kann keine Garantie für die Angaben übernommen werden.