Wie Forscher der TU Clausthal das Recycling von Hochtechnologie-Elementen verbessern wollen
Die häufigsten Abfallmaterialien während der Metallproduktion sind Schlacken, aus denen – so der neue Forschungsansatz – künstliche Erzminerale gewonnen und für die Wiederverwendung aufbereitet werden. Foto: TU Clausthal
Clausthal-Zellerfeld. Unter 49 eingereichten Initiativen hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unter anderem ein Programm ausgewählt, das von der TU Clausthal und der Bergakademie Freiberg koordiniert wird. Es geht um das Recycling von Hochtechnologie-Elementen.
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Koordinator ist Professor Urs Peuker von der TU Bergakademie Freiberg, der von 2002 bis 2008 als Juniorprofessor an der TU Clausthal war. Co-Koordinatorin ist Professorin Ursula E. A. Fittschen vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der TU Clausthal.
Während die Recyclingquoten für Kupfer, Stahl, Baustoffe, Glas oder Papier in Deutschland hoch sind, werden Technologieelemente, beispielsweise aus Smartphones, nur ansatzweise zurückgewonnen. Dabei steigt im Technologiesektor die Nachfrage nach kritischen Materialien und Elementen. Insbesondere in rohstoffarmen Ländern wie Deutschland stellt dies eine immer größer werdende Herausforderung dar.
Wissenschaftler aus Clausthal und Freiberg arbeiten nun in einem Netzwerk mit der Hochschule Aachen, der TU Braunschweig und dem Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie im bewilligten Schwerpunktprogramm an einer neuen Lösung: der Aufbereitung und Wiederverwendung von Abfall- und Recyclingprodukten der Metallurgie durch Erzeugung und Trennung künstlicher Erzminerale. Zur Umsetzung der innovativen Idee blickte das Team zunächst in der Erdgeschichte zurück auf die Genese von Rohstofflagerstätten. Viele der heutigen Erze sind vor langer Zeit aus Magma kristallisiert.
Dieses Prinzip der Kristallisation wenden die Forscher an, um künstliche Erzminerale in metallurgischen Schlacken herzustellen, die dann durch Aufbereitungsprozesse aufkonzentriert werden können. Die heißen Schlacken entstehen bei der Gewinnung von Metallen zum Beispiel beim Einschmelzen von Elektronikschrott und enthalten die Technologieelemente in gelöster Form. Wird die Schlacke abgekühlt, bilden sich Kristalle, die die Wissenschaftler in ihrer Struktur und Art durch Änderungen der Abkühlungsgeschwindigkeit und Zugabe von Kristallbildnern wie Aluminium und Phosphor modifizieren können.
„Die Prozesse, die zur Bildung der künstlichen Minerale führen, grundsätzlich zu verstehen, ist ein Ziel der Arbeitsgruppen an der TU Clausthal. Die Forschung wird wesentlich dazu beitragen, wissensbasiert maßgeschneiderte Prozesse zur Rückgewinnung kritischer Elemente zu entwickeln“, sagt TU-Professorin Ursula Fittschen. Diese sollen nach Aufkonzentration wieder zurück in den Wertstoffkreislauf geführt werden, ganz im Sinne einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft.
Das initiierte Schwerpunktprogramm ist ein erfolgreiches Resultat und nächster Schritt des Leitprojektes „Engineered Artificial Minerals“ des Forschungsfelds Rohstoffsicherung und Ressourceneffizienz der TU Clausthal. Mit diesen Leitprojekten initiiert und finanziert die Harzer Uni den Auftakt zu langfristigen strategischen Verbundvorhaben, die dem gemeinsamen Leitthema dienen. Besonderes Kennzeichen eines solchen Schwerpunktprogramms ist die überregionale Kooperation der Teilnehmer. Für sechs Jahre werden fächer- und ortsübergreifende Projekte hoher Originalität und Qualität in Thematik oder Methodik gefördert.
