Metallschrott lässt sich zu Hochleistungswerkstoffen recyceln – sofern die Legierungsanteile bekannt sind

Laserspektroskopie und Laserablation

Das Nutzen von Recyclingmaterialien erhöht die Ressourceneffizienz und senkt vielfach die Material- und Energiekosten sowie den Ausstoß von Treibhausgasen. Moderne metallische Hochleistungswerkstoffe zeichnen sich durch exakt aufeinander abgestimmte Legierungsanteile aus. Um den Anteil an Recyclingmaterial bei diesen Werkstoffen steigern zu können, ist es daher erforderlich, 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 Laserspektroskopie und die Laserablation.

Erst reinigen, dann analysieren
Die Laserspektroskopie ermöglicht das Erkennen von Stoffen anhand ihres eindeutigen optischen Spektrums. Diesen »Fingerabdruck aus Licht« nutzt die PROASSORT GmbH in Werdohl, um die Legierungszusammensetzung von Metallschrotten präzise zu analysieren. Dafür ist es unumgänglich, den Messbereich zuvor zu reinigen und Beschichtungen zu entfernen. Dies leistet die Laserablation. Für das Entwickeln dieser Lasertechnik zum Reinigen von Oberflächen wurde die Clean-Lasersysteme GmbH, Herzogenrath, im Jahr 2010 mit dem DBU Deutschen Umweltpreis ausgezeichnet. Zusammen mit der Secopta GmbH, Berlin, realisieren PROASSORT und cleanLASER die stückbezogene Schrottanalyse in großen Massenströmen in zwei Schritten: Zunächst reinigt ein Hochleistungslaser eine kleine Fläche auf der Oberfläche eines Schrottstückes. Im zweiten Teilprozess wird mit demselben Laser auf der zuvor gereinigten Fläche eine laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) durchgeführt.

Sehen Sie selbst... © DBU-Projektpartner
Die COLA-Anlage: Mit der Geschwindigkeit des Lichts analysieren, das Material bestimmen und sortieren

Verfahren erfolgreich getestet

Aus den dabei erzeugten Plasmen wird mittels Spektralanalyse die chemische Zusammensetzung des untersuchten Schrottstückes ermittelt. Mit diesen Daten kann das Einsatzmaterial nach dem tatsächlichen Legierungsbedarf einer Zielschmelze sortiert werden. Das Sortieren erfolgt durch Luftimpulstechnik – mit bis zu 30 Stanzschrottstücken pro Sekunde. Das COLA (Collaboration Of LIBS and Laser Ablation) genannte Verfahren, das bereits im Labormaßstab erfolgreich getestet wurde, wird zurzeit als Prototyp realisiert und anschließend unter betriebsnahen Bedingungen getestet und weiterentwickelt.

Wirtschaftlicher Nutzen

Das neue COLA-Verfahren arbeitet mit hohen Produktivitätsraten und ist damit sowohl ressourcenschonend als auch wirtschaftlich. Eine COLA-Anlage

•    sortiert jährlich etwa 10 000 Tonnen Stahlschrott,
•    spart damit etwa 27 000 MWh Primärenergie,
•    vermeidet rund 11 000 Tonnen CO2
•    und ersetzt circa 200 Tonnen importierte Legierungsmetalle im Wert von knapp einer Million Euro.

Das Potenzial für das Verfahren ist groß: Von der Automobil- und Luftfahrtindustrie bis hin zur Müllverbrennungsanlage – Metallschrott fällt in großen Mengen an. Mit 100 COLA-Anlagen lassen sich in einem Jahr bereits rund 1,1 Mio. Tonnen CO2 einsparen. Das entspricht etwa dem jährlichen CO2-Ausstoß der Stadt Ulm.

Abschlussbericht

Projektthema:
Laserablation und laserinduzierte Plasmaspektroskopie an metallischen Sekundärrohstoffen

Projektdurchführung:
PROASSORT GmbH
Bärenstein 5
58791 Werdohl
02392 | 806655 0
info@proassort.com
www.proassort.com

Kooperationspartner:
Clean-Lasersysteme GmbH, Herzogenrath
www.cleanlaser.de

Secopta GmbH, Berlin
www.secopta.de

Quelle DBU

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