Permanentmagnete in Elektrokleingeräten Möglichkeiten und Grenzen bei der Erfassung und dem Recycling

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1 Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft Permanentmagnete in Elektrokleingeräten Möglichkeiten und Grenzen bei der Erfassung und dem Recycling Dipl.-Ing. Luise Westphal, Prof. Dr.-Ing. Kerstin Kuchta TU Hamburg-Harburg, Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft, Fachbereich Abfallressourcenwirtschaft Harburger Schlossstraße 36, D Hamburg

2 Inhalt Hintergrund Problemstellung Zielsetzung Methoden Ergebnisse Fazit Ausblick

3 Hintergrund Seltene Erden (SE) oder Lanthanoide 15 Elemente der 3.Nebengruppe des Periodensystems SE für viele Hightech-Produkte und Technologien unentbehrlich Insbesondere für leistungsstarken Dauermagneten: Neodym, Praseodym, Dysprosium Vorteil dieser Magnetmaterialien sind: hohen Werte für Remanenz und Koerzitivfeldstärke Energiedichten von 200 bis 420 kj/m² Für leistungsstarke, energieeffiziente Antriebe, z.b. Elektromobilität, Windenergieanlagen Miniaturisierung im Bereich elektro- und elektronischen Anwendungen als Lautsprecher oder Klein- bis Mikromotoren

4 Problemstellung Rückgewinnung SE Prognostizierter Bedarf steigt Kritische Rohstoffe Geringe Substituierbarkeit/ Recyclingquote Hohe Angebotskonzentration/ Umweltintensivität Verbrauch SE für Elektrogeräte wesentlicher Anteil an ihrem Gesamtverbrauch Schnell wachsender Verbrauchssektor Verminderung der Abhängigkeit von Exporten Identifikation von Bauteilen mit hohem Potenzial Steuerung ressourcenreicher Stoffströme Angepasste Entwicklung innovativer Verwertungsverfahren

5 Problemstellung - Elektrokleingeräte - Permanentmagneten zur Miniaturisierung - Massenhafter Einsatz: z. B. als Lautsprecher oder Klein- bis Mikromotoren - 5,03 g Neodym pro Computer* - 3,62 g Neodym pro Laptops* - 46,4 mg Neodym pro Mobiltelefon* - Unzureichende Erfassung und Aufbereitung führt zu signifikanten Verlust an Ressourcen - Unzureichende Erfassung - Entsorgung über Hausmüll - Lagerung in den Haushalten - Intransparenter Produktlebenszyklus Potenzialanalyse am Beispiel des Kopfhörers *IUE 2012, Luise Westphal, Franziska Meyer

6 Zielsetzung Aktuell kein industrielles Recycling von Permanentmagneten Zunehmender Bedarf und zu erwartenden Verknappung führen derzeit zur intensiven Forschung an Recyclingprozessen. Folgenden Ansätze: funktionelle Wiederverwendung werkstoffliche Wiederverwendung rohstoffliche Wiedergewinnung Forschungsaufgaben sind Optimierung der Prozesskette: Sammlung, Sortierung, Demontage, mechanische Aufbereitung Identifikation ressourcenrelevanter Bauteile Analyse der komplexen Zusammensetzungen Geringe Einsatzmengen / Konzentrationen Entwicklung integrierter Prozesse zur Metallrückgewinnung

7 Methoden Untersuchung des Wertstoffpotenzials von Elektrokleingeräten am Beispiel des Kopfhörers Analyse von Erfassungsraten und Lebensdauer Onlineumfrage Kopfhörer auf dem Recyclinghof und direkt gesammelt. Marktanalyse zur Auswahl repräsentativer Modelle für die chemische Analyse Analyse des Wertstoffpotenzials Manuelle Demontage Chemischer Aufschluss Bestimmung der SE-Konzentrationen mit der AAS Vorversuche zur Optimierung der mechanischen Aufbereitung Zerkleinerungsversuche mit reiner Kopfhörerfraktion Anschließend Trennung nach Korngrößen Vereinfachte Simulation des Recyclings um Rückschlüsse über Verbleib der SE bei der mechanischen Aufbereitung zuziehen

8 Ergebnisse Online Umfrage Umfrage über das Internet mit rund 500 Teilnehmenden Populärste Hersteller: Sony, Philips, Apple, Sennheiser 70% kauften mind. 1 Paar Kopfhörer in den letzten 12 Monaten 40% kaufen Kopfhörer in der Preiskategorie 21 bis 50, Aktuell verwenden 75% Ohrhörer und knapp 25% Bügelkopfhörer Entsorgung 2% 5% Lagerung im Haushalt keine Angabe kommunale Sammelstellen 27% 66% Ergebnisse der Marktanalyse GfU: Absatzzahl 2012 für Kopfhörer und Stereo Mobilfunk Headsets: 11,14 Mio. Stück in 2012 (+13% 2011) Durchschnittspreis bei 24 bis 28 und der Umsatz betrug 306 Millionen

9 Ergebnisse Chemische Analyse I Analyseergebnisse für die Zusammensetzung SE in Kopfhörern Neodym Praseodym Dysprosium SE gesamt Kupfer Masse SE im Magnet in mg Bügelkopfhörer Ohrhörer Anteil SE am Magneten in Gew-% Bügelkopfhörer 24,3 7,2 2, Ohrhörer 21,4 7,7 1,

10 Ergebnisse Hochrechnung Recyclingpotenzial der Kopfhörer pro Jahr in Deutschland Ist-Wert: Verwertung der Kabel Potenzieller Wert: Inklusive Recycling der SE Durchschnittliche Menge pro Kopfhörer [mg] Menge pro Jahr in Deutschland [kg] Potenzial pro Jahr in Deutschland [ ] Neodym * Praseodym * Dysprosium * Kupfer * Ist- Wert Potenzieller Wert * Die genannten Preise für SE ergeben sich aus einem durchschnittlichen Verkaufspreis des zurückliegenden Monats. SE werden an keiner Börse gehandelt, der angegebene Preis ergibt sich aus Angebot und Nachfrage in der Realwirtschaft. (ISE, Sand März 2013)

11 Ergebnisse Chemische Analyse II Analyseergebnisse für die SE in den Siebfraktionen Neodym [Gew-%] Praseodym [Gew-%] Dysprosium [Gew-%] Gesamt- SE [Gew-%] Feinfraktion (<0,2 mm) 1,63 0,90 0,04 2,57 Mittelfraktion (0,2-2 mm) 0,50 0,36 0 0,86 Grobfraktion (>2 mm) 0,35 0,32 0 0,

12 Fazit Durch SE kleinere/leichtere Magnete, bei gleicher Leistung dienen somit der Miniaturisierung von Geräten verschiedenartige Elektrokleingeräte, vor allem Elektromotor, Lautsprecher oft nicht erkenntlich welche elektronische Geräte SE-Magneten enthalten Analyse Ergebnisse zeigten: Kopfhörer enthalten zu einem hohen Anteil SE- Magneten Gehören zu Gruppe der Elektrokleingeräten, welche unzureichend erfasst werden Menge SE pro Gerät gering aus der Gesamtmasse von SE in Elektrokleingeräten resultiert relevantes Potenzial Für miniaturisierte Anwendungen ist eine funktionelle Rückgewinnung schwierig: Magnet ist sehr klein Kompakter Aufbau erschwert Demontage/ zerstörungsfreie Entnahme

13 Ausblick Identifizierung des Verbleibs der Magnete in der mechanischen Aufbereitung zur Nutzbarmachung des Potenzials Optimierung des Recyclingprozess um SE-Konzentrat zu erzeugen, welches für ein werkstoffliches oder rohstoffliches Recycling der SE genutzt werden kann. Auf Basis der Ergebnisse Entwicklung eines angepassten Verfahrenskonzept, zur Aufkonzentrierung der Metalle in den Fraktionen Alternativ wird mit einer Induktionsschmelze an der metallurgischen Rückgewinnung der Seltenen Erdmetalle aus den Metallkonzentraten geforscht

14 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!