WAVE

Analyse von Sekundärrohstoffen durch mikrowellenunterstützte Laser-Emissionsspektroskopie

Im Projekt "WAVE" wurde ein mobiles Laser-Analyseverfahren zur Sortierung von Metallschrotten realisiert. Hierfür wurde auch erstmals die Kombination von Laser- und Mikrowellenstrahlung ohne Hohlraumkavität untersucht. Ziel dabei war die Realisierung eines leichten und somit mobilen und gleichzeitig leistungsstarken Analysesystems.

Der steigende Bedarf an Rohstoffen zur Metallerzeugung macht das Recycling von Metallschrott zunehmend wichtiger. Für sortenreines Recycling ohne Qualitätsverluste muss die Zusammensetzung des Schrotts bekannt sein, wofür Eingangs- und Ausgangskontrollen in Recyclingbetrieben unerlässlich sind. Dafür werden mobile, handgeführte und schnelle Analysatoren benötigt.

Mit den derzeit verwendeten mobilen Analysetechniken lassen sich nicht alle Elemente nachweisen, und Kleinstteile können nur bedingt analysiert werden. Zudem ist die Probenvorbereitung sehr aufwendig. Hochsensitive Analysesysteme, die auf der variableren Laser-Emissionsspektroskopie basieren, sind bisher noch zu groß und zu schwer für den mobilen Einsatz.

Im "WAVE"-Projekt wurden erstmals Laser- und Mikrowellenstrahlung ohne Hohlraumkavität im Labor kombiniert. Diese verspricht eine Steigerung der Leistungsfähigkeit, wobei das System aufgrund seines geringen Gewichts mobil einsetzbar bleibt. Die gewonnenen Erkenntnisse konnten in ein kompaktes, portables, laserbasiertes Analysegerät umgesetzt werden, das unterschiedliche Metall-Legierungen identifizieren kann. Das mobile System ist mit einer 2,3 Kilogramm leichten Handmess-Sonde ausgestattet und somit handgeführt optimal einsetzbar. Innerhalb von fünf Millisekunden ist die Klassifizierung von Metallen und Nichtmetallen für die sortenreine Sortierung möglich, dabei können Objekte mit wenigen Millimetern Größe erfasst werden.

Da die Materialvorbereitung entfällt, nur eines statt mehrerer Geräte verwendet wird und die reine Messzeit deutlich geringer ist, kommt es zu einer Zeitersparnis und damit zur höheren Effizienz bei der Sortierung von Sekundärrohstoffen. Durch das neue Messverfahren können Metall-Legierungen sortenrein wiederverwertet und direkt wieder nutzbare Legierungen generiert werden. Dabei reduziert sich der metallurgische Aufwand bei der Legierungsherstellung und der Bedarf an Primärmetallen sinkt. Der Wert von sortenreinem Schrott liegt deutlich über dem Preis für unsortierten Schrott − zum Beispiel im Fall von Aluminium um mehrere hundert Euro pro Tonne. Pro Gerät könnten bei einer 100-prozentigen Prüfung aller Teile im Jahr rund 500 Tonnen sortenreiner Aluschrott erzeugt werden. Durch ihre Rückführung in den Materialkreislauf und die daraus folgende Sekundärproduktion könnten mehr als 10.000 Tonnen CO2 eingespart werden. Das Verfahren ist im Projekt in der Metallrecyclingbranche für hochlegierte Stähle und Aluminium getestet worden, das Verfahren kann jedoch auf nahezu jedes Metall angepasst werden.


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Kontakt

M. Sc. Michael Scharun
Fraunhofer-Institut
für Lasertechnik ILT
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