Effiziente, kostengünstige Technologien zur Rückgewinnung von Edelmetallen aus Katalysatoren, Elektronikschrott und PV-Schrott
Die Technologie, die wir täglich nutzen, stützt sich auf Werkstoffe, deren Versorgung möglicherweise problematisch ist. Edelmetalle wie Platingruppenmetalle, Gold und Silber sind wesentliche Bestandteile vieler Geräte und aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften in verschiedenen Branchen unverzichtbar. Derzeit ist Europa bei diesen Metallen auf andere Länder angewiesen. Diese wertvollen Ressourcen finden sich allerdings auch in Altprodukten, die recycelt werden können. Leider reichen die derzeitigen Recyclingkapazitäten Europas nicht aus, um auch nur einen Bruchteil der Nachfrage nach diesen Metallen zu decken. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts PEACOC wird Europa geholfen, das Recycling von Edelmetallen in naher Zukunft zu steigern. PEACOC wurde 2021 gestartet und „arbeitet daran zu demonstrieren, dass sich Edelmetalle wie Platingruppenmetalle, Gold und Silber aus drei Abfallquellen zurückgewinnen lassen: Katalysatoren, Leiterplattenaufbauten und Photovoltaikmodule. Das Projektteam arbeitet im vorkommerziellen Maßstab, genauer gesagt nach Technologie-Reifegrad 7“, erklärt Projektkoordinatorin Elisabet Andres Garcia. „Der verschlankte Prozess umfasst das Sammeln von Abfällen, die Vorbehandlung und Konzentrierung der Abfälle sowie die Veredelung der Metalle. Außerdem zielt PEACOC darauf ab, die zurückgewonnenen Metalle in marktfähige Produkte umzuwandeln und dem gesamten Prozess einen Mehrwert zu verleihen“, fügt Andres Garcia hinzu.
Zwei neue Veredelungstechnologien im Rampenlicht
Das Recycling von Abfallströmen wie minder- und mittelwertiger Leiterplattenaufbauten, Photovoltaikschrott und verbrauchten Katalysatoren war bisher begrenzt. Herkömmliche Verfahren wie Schmelzen und Hydrometallurgie sind ziemlich energieintensiv und hinterlassen einen erheblichen ökologischen Fußabdruck. PEACOC stellt neue industrielle Alternativen vor, um europäische Ressourcen nachhaltiger einzusetzen. Aufbauend auf früheren erfolgreichen Aktivitäten hat sich der Schwerpunkt auf Veredelungstechnologien verlagert. Die Partner VITO aus Belgien, CEINNMAT aus Spanien und 6TMIC aus Frankreich führen diese Bemühungen an. In dieser Phase sollen zwei entscheidende Technologien verfeinert und weiterentwickelt werden: die mikrowellengestützte Auslaugung und die Elektrokristallisation per Gasdiffusion. Ziel ist es, diese Technologien aus dem Labormaßstab (Technologie-Reifegrad 4) in einen voll funktionsfähigen vorkommerziellen Maßstab (Technologie-Reifegrad 7) zu überführen und so den Weg für ein effizienteres Veredelungsverfahren zu ebnen. Die VITO-Forschenden haben das mikrowellengestützte Auslaugungsverfahren erfolgreich verbessert, indem sie den Einsatz von Chemikalien verringerten, die Langlebigkeit der Geräte erhöhten und die Korrosivität senkten. Dieses verbesserte Verfahren extrahiert nun effizient Gold und Silber aus alten Leiterplattenaufbauten und Photovoltaikmodulen sowie Platingruppenmetalle aus gebrauchten Katalysatoren. CEINNMAT hat innovative hydrothermale mikrowellengestützten Reaktor zur Laugung entwickelt und eine erste Mikrowellen-Pilotanlage gebaut, die in ihrer Art einzigartig ist. Sieben miteinander verbundene Einheiten, die mindestens 50 Liter pro Stunde verarbeiten können, sind in ein modulares Mikrowellensystem integriert, das in einem mobilen Container untergebracht ist. Unter Verwendung von Werkstoffen in Industriequalität haben die VITO-Forschenden auch das Verfahren zur Elektrokristallisation per Gasdiffusion erfolgreich skaliert und getestet. Dieses System mit einer Zweizellen-Stapelkonfiguration erreichte eine Selektivität von 95 % für Palladium und trennte gleichzeitig Kupfer von Edelmetallen. Das Team plant eine Erweiterung auf eine Konfiguration mit sechs Zellen, um die Leistung zu steigern und den Energieverbrauch zu senken.
Prototyp-Reaktor zur Metallgewinnung und -konzentration
Forschende der Universität Lüttich und der TU Delft haben Vorverfahren für die Metallextraktion erschlossen, um den Gehalt an den gewünschten Elementen zu konzentrieren und so die Veredelungsphase zu verbessern. Die Universität Lüttich (ULI) hat die NOVA-Technologie für die Verarbeitung von mittel- und minderwertigen Leiterplattenaufbauten optimiert und aufgestockt. Sie experimentierten mit Leiterplattenaufbauten von Kathodenstrahlröhren- und LCD-Fernsehern und nutzten Elektrochemie und mechanische Aktivierung, um wertvolle Metalle abzutrennen. Der „Rotationssiebreaktor“ hat sich als das effektivste Design für die Skalierung erwiesen. Der hochskalierte NOVA-Prototyp wurde im August 2024 an der ULI in Empfang genommen. Das ULI-Team arbeitet an der abschließenden Logistik, um die Betriebsbereitschaft der Ausrüstung herzustellen. Zudem haben die Forschenden der TU Delft den Prototyp der magnetischen Dichtetrennung optimiert und hochskaliert, der in der Lage ist, die goldhaltigen Komponenten von Leiterplattenaufbauten mit relativ hoher Ausbeute selektiv zurückzugewinnen. Bei dieser Technologie wird eine Kombination aus einer Rollensortierung, einem supraleitenden Magneten und einer magnetischen Flüssigkeit eingesetzt, die im Rahmen des Projekts vergrößert und angepasst wurden. „PEACOC hat erstmals innovative Konzentrations- und Veredelungstechnologien auf ein vorkommerzielles Niveau skaliert und eine nachhaltige industrielle Alternative für die Versorgung Europas mit kritischen und wertvollen Metallen aus Abfällen präsentiert. Die PEACOC-Pilotanlage wird einen echten Technologietransfer von der Forschung und Entwicklung zu marktreifen Produkten unterstützen“, so Andres Garcia abschließend.
Schlüsselbegriffe
PEACOC, Edelmetalle, Elektronikschrott, Leiterplattenaufbauten, Katalysatoren, Photovoltaikmodule, mikrowellengestützte Auslaugung, Elektrokristallisation per Gasdiffusion
