Sortenreines Metallrecycling durch blitzschnelle Laser-Analyse

Es klingt fast wie Science Fiction: Handtellergroße Metallstücke durchlaufen eine Maschine, werden in Sekundenbruchteilen durch einen Laserimpuls analysiert und anschließend per Luftimpulstechnik nach Art, Legierung und Güte des Metalls sortiert – und das bei einer Fördergeschwindigkeit von drei Metern pro Sekunde und auch dann, wenn das Metall beschichtet oder verschmutzt ist. Bei den Projektpartnern Clean-Lasersysteme GmbH, Herzogenrath, und cleansort GmbH, Rösrath, ist das blitzschnelle Analysieren und Sortieren Realität, um ein effektives Metallschrottrecycling zu ermöglichen.

Moderne metallische Hochleistungswerkstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie genau aufeinander abgestimmte Legierungsanteile aufweisen. Sollen diese Werkstoffe Recyclingmaterial enthalten, muss der eingesetzte Metallschrott die Vorgaben an die Materialzusammensetzung genauso erfüllen wie Primärware. Es ist also notwendig, die Legierungszusammensetzung des eingesetzten Schrotts genau zu bestimmen. Beschichtungen aus Lacken oder Metallen erschweren die Analyse, da sie mit konventionellen Analyseverfahren nicht durchdrungen werden können. Hier schafft die Kombination zweier Verfahren aus der Lasertechnologie Abhilfe: Die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) und die Laserablation.

Die LIBS ermöglicht das Erkennen von Stoffen anhand ihres eindeutigen optischen Spektrums. Dazu werden mehrere Laserpulse auf die Oberfläche jedes Schrottstücks gesetzt und dadurch das Material verdampft. So werden spezifische Lichtemissionen erzeugt. Diesen „Fingerabdruck aus Licht“ nutzt das Verfahren, um die Legierungszusammensetzung präzise zu analysieren. Eines ist dafür unumgänglich: Der Messbereich muss frei von Schmutz und Beschichtungen sein. Darum reinigt ein Hochleistungslaser zunächst eine kleine Fläche auf der Oberfläche eines Schrottstückes in ein bis zwei hundertstel Sekunden – das ist die Laserablation. Im zweiten Teilprozess wird mit demselben Laser auf der zuvor gereinigten Fläche die LIBS durchgeführt.

In mehreren DBU-geförderten Projekten gelang es den Projektpartnern, das Verfahren im Technikumsmaßstab zu etablieren und 2018 mit einem Pilotkunden für eine Aluminiumsortierung zur Marktreife zu bringen. Projektleiter Edwin Büchter, geschäftsführender Gesellschafter von cleanLaser und Träger des Deutschen Umweltpreises 2010, berichtet: „Zur der Zeit stellte unser Verfahren die Benchmark dar. Aber die Wirtschaftlichkeit und auch die erreichbare Nachhaltigkeit waren bei weitem noch nicht ausgeschöpft.“ Ein Folgeprojekt zielte daher darauf, die Sortiergeschwindigkeit durch neue Spektroskopietechnologien und eine Optimierung der Datenauswertung deutlich zu erhöhen, um Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit zu steigern. Projektleiter Büchter: „Die Steigerung der Prozessgeschwindigkeit ist beeindruckend. Inzwischen sortiert eine Cleansort-Anlage bis zu 40.000 Tonnen Aluminium pro Jahr und spart damit mehr als 380.000 Megawattstunden Primärenergie gegenüber der Primärproduktion ein. Das entspricht dem Jahres-pro-Kopf-Stromverbrauch von 41.200 Personen in Deutschland.“ Das Potenzial für das Verfahren ist groß: Von der Automobil- und Luftfahrtindustrie bis hin zur Müllverbrennungsanlage – Metallschrott fällt in großen Mengen an.

Projektdurchführung
Clean-Lasersysteme GmbH
52134 Herzogenrath
www.cleanlaser.de

DBU-AZ: 34709

Förderzeitraum: Oktober 2018 bis Oktober 2020

Stand: 28.01.2021