Perlen aus der Tonne

Und danach? Neben den Technologie-Metallen, die erst seit einigen Jahren im Rampenlicht stehen, enthält Elektroschrott weitere wertvolle Rohstoffe, darunter Edelmetalle wie Gold, Silber, Platin und Palladium. Auch Massenmetalle wie Eisen, Kupfer und Aluminium sind darin enthalten. Allein eine Tonne an Mobiltelefonen birgt 250 bis 300 Gramm Gold und 2 bis 2,5 Kilogramm Silber. Zum Vergleich: In einer Tonne Erzgestein aus einer ergiebigen Goldmine stecken gerade mal 5 Gramm des Edelmetalls. Auch ohne Technologie-Metalle wären ausgediente Elektrogeräte also wahre Schatzkammern und viel zu schade für die Verbrennung. Deshalb geht der gesammelte Elektroschrott an Fachbetriebe, um die inneren Werte in mehreren Arbeitsgängen zurückzugewinnen.

Ein Blick in die Werkshalle des Recyclinghofs Weißer Rabe in Aschheim, einer kleinen Gemeinde in der östlichen Peripherie von München: Den im Container angelieferten E-Schrott sortieren Mitarbeiter des Betriebs vor. Neuware geht zum Weiterverkauf ins Gebrauchtwarenhaus. Dass nagelneue Geräte, manche davon sogar noch original verpackt, im Schrott landen, kommt immer wieder vor.

Auch Kabel bringen Geld, denn ihr Kupferkern ist wertvoll. Man zwickt die Stecker ab, von denen vor allem solche mit Goldkontakten begehrt sind, schlitzt die Kabel der Länge nach auf und löst die Drähte heraus.

Aus den Altgeräten werden, falls vorhanden, die Akkus ausgebaut. Dann geht alles auf ein in der Mitte der Halle laufendes Förderband und wird in einem endlosen Strom zu seitlich angeordneten Werkbänken transportiert, wo Mitarbeiter mit Hammer und Akkuschrauber die Geräte in ihre Einzelteile zerlegen. Besonders lukrativ sind Platinen, denn sie enthalten vergleichsweise viel Gold, Silber und Palladium.

Schredder, Schmelze, Säurebad

Das Zerlegen von Hand ist in der Recyclingbranche Stand der Technik. Denn jedes Gerät ist anders konstruiert. Selbst Geräte der gleichen Gruppe wie Laptops unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Bauart. Die demontierten Einzelteile werden nach Materialien sortiert.

Die Mitarbeiter des Weißen Raben trennen unter anderem Schrauben, Kabel, Platinen sowie Plastik- und Metallgehäuse. Diese Fraktionen gehen an weiterverarbeitende Firmen. Platinen werden zunächst in der Hammermühle geschreddert und bei über 1200 Grad Celsius eingeschmolzen. Mittels Elektrolyse werden dann Metalle wie Kupfer, Nickel, Silber, Gold oder Palladium sortenrein herausgelöst. Im Säurebad unter Starkstrom lassen sich die einzelnen Metalle Schritt für Schritt abscheiden. Technologie-Metalle gehen dabei allerdings verloren.

Die Recyclingraten sogenannter Basismetalle wie Blei, Zink, Eisen, Kupfer oder Aluminium seien EU-weit inzwischen ziemlich hoch, berichtet Matthias Buchert, Experte für Ressourcen und Mobilität am Öko-Institut in Darmstadt. „So verbleiben weit über 70 Prozent des erzeugten Aluminiums im Stoffkreislauf und werden immer wieder aufs Neue verarbeitet.“ Auch Edelmetalle wie Gold und Silber werden im großen Stil zurückgewonnen. Platin, Palladium und Rhodium aus zweiter Hand decken rund 40 Prozent des europäischen Bedarfs, sagt der Wissenschaftler. „Recycling ist bereits heute eine tragende Säule für die Rohstoffversorgung der europäischen Industrie.“

Warenexporte sind bedroht

Dennoch ist die Abhängigkeit vom Ausland für rohstoffarme Länder wie Deutschland nach wie vor ein Problem. Denn um ihre weltweit gefragten Autos und Maschinen herstellen zu können, benötigt die hiesige Industrie eine Vielzahl an Rohstoffen, deren Nachschub gewährleistet sein muss – sonst reißt womöglich die Wertschöpfungskette.

Eine aktuelle Studie, erstellt von der Deutschen Rohstoffagentur Dera im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums, zeigt jedoch, dass die Verfügbarkeit einer ganzen Reihe wichtiger Metalle nicht gesichert ist. Demnach sind unter anderem die Lieferketten der Edelmetalle Platin, Rhodium und Palladium mit hohen Risiken behaftet. Gleiches gilt für die Technologie-Metalle Tantal, Kobalt, Wolfram, Gallium, Indium und Germanium sowie für die Seltenen Erden.

Viele Technologie-Metalle werden in politisch instabilen Ländern unter umweltschädlichen und sozial inakzeptablen Bedingungen abgebaut, Tantal und Kobalt beispielsweise im Kongo, einem Staat, in dem Gewalt alltäglich ist. Aus dem zentralafrikanischen Land stammt über die Hälfte des weltweit gehandelten Kobalts.

Noch größer ist die Angebotskonzentration bei den Seltenen Erden. Von den knapp 10.000 Tonnen Seltenerd-Metallen, die Deutschland 2018 importiert hat, stammten 20 Prozent aus Russland und 80 Prozent aus China. Das Reich der Mitte, zurzeit im Handelskrieg mit den USA, hat ganz unverhohlen mit einem Exportstopp gedroht. Der Missbrauch von Marktmacht könne zu „Wettbewerbsverzerrungen mit Nachteilen für den Produktionsstandort Deutschland führen“, heißt es dazu in der Dera-Studie.

Schlüsselrolle für Seltene Erden

Dank ihrer besonderen magnetischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften spielen Seltene Erden, zu denen unter anderem Cer, Neodym und Yttrium gehören, eine Schlüsselrolle für die Funktion grüner Wachstumstechniken wie Smartphones, LCD-Bildschirme, Brennstoffzellen, Elektroautos und Windräder. Insbesondere Neodym ermöglicht starke Permanentmagneten, wie sie etwa in Windrädern eingesetzt werden. Der Begriff Seltene Erden umfasst die Elemente der Dritten Nebengruppe des Periodensystems, ausgenommen Actinium, sowie die sogenannten Lanthanoide.

Doch die Bezeichnung „Seltene Erden“ für die 17 weichen, silbrig glänzenden Metalle, die ähnliche chemische und physikalische Eigenschaften haben, ist irreführend. Denn sie sind weder selten, noch bestehen sie aus Erde. Der Name hat historische Wurzeln: Die Metalle wurden in seltenen Mineralien entdeckt und in Form ihrer Oxide – früher „Erden“ genannt – isoliert.

Der angestrebte Umstieg auf Elektromobilität und der weitere Ausbau erneuerbarer Energien dürfte die Nachfrage nach Seltenen Erden und anderen Technologie-Metallen anheizen. Um die Abhängigkeit von Importen zu mindern, strebt die Rohstoffinitiative der EU-Kommission die Ausbeutung von Lagerstätten in den Mitgliedsstaaten an. Zudem sollen Primärrohstoffe soweit wie möglich durch Recyclingmaterial ersetzt werden. Doch das ist Zukunftsmusik. „Für die Rückgewinnung Seltener Erden und anderer Sondermetalle fehlt es bislang an Anlagen im industriellen Maßstab“, stellt Matthias Buchert fest. Zudem gebe es ein Mengenproblem: „Die Industrie benötigt nur wenige Tonnen pro Jahr“, erläutert der Wissenschaftler. Denn Technologie-Metalle werden nur in Spuren verbaut.

Lasertechnik und Roboter

An diesem Punkt setzt „Adir“ an, eine Recycling-Anlage, die im Rahmen eines EU-Projekts in fünfjähriger Forschungs- und Entwicklungsarbeit entstanden ist. Zu den Projektpartnern gehören Forschungsinstitute, Recyclingbetriebe und Firmen der Rohstoffwirtschaft aus Polen, Frankreich, Italien, Österreich und Deutschland. Darunter sind etwa die Fraunhofer-Institute für Lasertechnik (ILT) in Aachen und für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) in Magdeburg. In der Anlage in Aachen, einer Kombination verschiedener Lasertechniken mit Robotern, Visionssystemen und Informationstechnik, werden in einem automatisierten Prozess Handys und Platinen zerlegt und elektronische Bauteile aussortiert, die Technologie-Metalle enthalten.

Im Fokus stehen vor allem Tantal, Kobalt, Wolfram, Gallium und Neodym, die mit Preisen von teils über 250 Euro pro Kilogramm im wahrsten Wortsinn Wertstoffe sind. Grundsätzlich könne die Anlage jedoch jedes Element des Periodensystems auf den Platinen lokalisieren und daraus bestehende Bauteile herauslösen, versichert Projektleiter Reinhard Noll vom Fraunhofer ILT: „Auf diese Weise können wir Fraktionen anreichern, die beispielsweise weit mehr Tantal enthalten als die Tantal-Erz-Konzentrate der Rohstoff-Zulieferer.“

Eine Datenbank im Hintergrund

Zu Beginn des siebenstufigen Zerlegungsprozesses werden Handys nach Typ und Modell sortiert. Bei der Erkennung hilft eine Datenbank. Dann fräst ein Roboterarm das Gehäuse auf, entfernt den Akku und legt die Platine frei. Diese wird im nächsten Schritt durch hochauflösende Kameras von allen Seiten abgelichtet. Die Aufnahmen gehen an eine Analysesoftware, die sie im Rückgriff auf eine interne Datenbank auswertet. In der Regel erkennt die Software den Typ der Platine und spürt eigenständig Bauteile mit Technologie-Metallen auf.

Zudem wird die Platine per Laser vermessen und ein dreidimensionales Höhenprofil erstellt, das weitere Rückschlüsse auf ihren Aufbau zulässt. „Das ist wie ein Stadtmodell, das die Gebäude in Höhe, Form und Struktur zeigt“, erläutert Noll. Ein weiterer Laser tastet elektronische Bauteile ab und erkennt über ein spektroskopisches Verfahren, welche Wertstoffe darin enthalten sind. In der letzten Stufe werden einzelne Komponenten der Platine entlötet und abgesaugt. Auf diese Weise sortiert Adir zum Beispiel gezielt winzige Tantal enthaltende Kondensatoren aus.

Während das, was nach dieser Rosinenpickerei von der Platine übrigbleibt, den üblichen Recyclingweg über Schmelzofen und Elektrolyse geht, werden die herausgelösten Bauteile separat verwertet. Das in Kondensatoren enthaltene Tantal lasse sich zu 95 Prozent zurückgewinnen, berichtet Noll. Er sieht Adir als Ergänzung bereits etablierter Recycling-Verfahren. „Die Anlage nutzt den wohlgeordneten Zustand auf Platinen, um vor dem Schreddern gezielt wertvolle Teile herauszuholen.“

Ein teures Geschäftsgeheimnis

Allerdings sei die interne Datenbank noch lückenhaft. „Für viele Hersteller ist der Aufbau ihrer Geräte ein Geschäftsgeheimnis“, sagt der Wissenschaftler. Doch die Laboranalyse von Handys und Smartphones sei zeitaufwendig. „Solche Geräte sollten standardmäßig über einem inversen Bauplan für die Zerlegung am Ende ihrer Lebenszeit ausgestattet sein“, fordert Noll. Beim Zerlegen großer Server-Platinen stehe Adir hingegen bereits jetzt an der Schwelle zur Wirtschaftlichkeit.

Neben Mobiltelefonen und Computer-Platinen gelten Alt-Akkus von Elektroautos als weitere potenzielle Quelle für Technologie-Metalle aus zweiter Hand. Nach Ansicht vieler Experten steht der Durchbruch der Elektromobilität unmittelbar bevor. Bald werden Millionen von E-Autos auf den Straßen fahren. Damit dürfte sich zum einen der weltweite Kampf um die wichtigsten Rohstoffe der Zukunft verschärfen. Zum anderen werden sich vermutlich schon bald allerorten die ausgedienten Akkus stapeln.

In den mehrere Hundert Kilogramm schweren Energiespeichern stecken drei der wichtigsten Rohstoffe:

Noch fehlt ein umfassendes Verwertungssystem für den neuen Abfallstrom. Es brauche Zeit, um die Strukturen dafür zu etablieren, sagt Matthias Buchert vom Öko-Institut: etwa eine flächendeckende Sammellogistik oder Recyclingtechniken, die sich für die Verwertung von Lithium-Ionen-Akkus im Industriemaßstab eignen.

Einschmelzen und abscheiden

Zur Rückgewinnung der Wertstoffe gibt es verschiedene Wege. Der Branchenprimus Umicore aus Belgien betreibt seit 2011 eine Pilot-Anlage, in der Alt-Akkus von Hand zerlegt und die einzelnen Zellen danach eingeschmolzen werden. In letzten Schritt werden unter anderem Kobalt und Nickel sortenrein abgeschieden. Allerdings: Das Verfahren ist energieaufwendig, mit viel Handarbeit verbunden und kostet derzeit noch mehr Geld, als es einspielt. Doch Matthias Buchert vom Öko-Institut sieht darin ein Zukunftsgeschäft, das den Bedarf der Industrie an Kobalt und Lithium bis 2030 zu 10 und bis 2050 zu 40 Prozent decken könnte.

Akku-Recycling ist ein Beispiel für das „Urban Mining“. So nennen die Experten das „Schürfen“ nach wertvollen Rohstoffen in menschengemachten Lagerstätten wie Gebäuden, Infrastruktur, langlebigen Konsumgütern oder stillgelegten Mülldeponien – anders als im konventionellen Bergbau, der natürliche Vorkommen in der Erdkruste ausbeutet. Betrachtet wird beim Urban Mining der Gesamtbestand an Rohstoffen, egal ob diese noch in Gebrauch sind, etwa als Kupferkabel für die Stromversorgung, oder bereits am Ende ihrer Nutzungszeit stehen, weil ein Gebäude renoviert und neu verkabelt wird.

Aufgabe des Urban Mining ist es, künftige Stoffströme zu prognostizieren und dafür geeignete Verwertungswege zu entwickeln, noch bevor als Sekundärrohstoffe identifizierte Materialen zu Abfall werden. Damit könnte Urban Mining eine gute Ergänzung zur etablierten Abfallwirtschaft sein, deren Sicht sich auf das gerade anfallende Müllaufkommen beschränkt. Nur die erweiterte Perspektive des Urban Mining ermöglicht die nötigen Konzepte für eine funktionstüchtige Kreislaufwirtschaft.

Rascher Schwund an Rohstoffen

„Mittelfristig müssen wir dahin kommen, so viele Wertschöpfungsketten wie möglich zu schließen“, fordert der ILT-Forscher Reinhard Noll. Denn jedes neue Produkt lässt die natürlichen Rohstoffvorkommen schrumpfen und den Bestand an Sekundärrohstoffen wachsen. Bei dem Tempo, mit dem die Menschheit Konsumgüter produziert, ist absehbar, dass die Menge verbauter Rohstoffe die Vorräte in der Erdkruste bald übertreffen wird.

Menschen orientieren sich bei Entscheidungen an den Erfahrungen anderer. Dieses als „Social Proof“ bekannte psychologische Phänomen…