Vorstellung der Projektaktivitäten der Fraunhofer-Projektgruppe IWKS Dr. Carsten Gellermann

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1 Vorstellung der Projektaktivitäten der Fraunhofer-Projektgruppe IWKS Dr. Carsten Gellermann

2 Anzahl der Elemente HIGH TECH STANDORT DEUTSCHLAND Bis zu ca. 40 verschiedene limitierte Elemente sind in modernen Industriegütern enthalten Die Materialvielfalt steigt stetig an Eine gesicherte Rohstoffversorgung ist für die Produktion von hochwertigen Güter speziell für Deutschland relevant Bildquelle: Reller, Zepf, Achzet, Rennie 2011

3 BODENSCHÄTZE VON DEUTSCHLAND Steine und Erden Sedimentgesteine Kies und Sand Ton und Tonstein Sandstein und Grauwacke Kalk und Dolomitstein Industrieminerale / Erze Tiefengesteine Kalisalz und Steinsalz Feldspat, Flussspat, Schwerspat Graphit Eisenerz Energierohstoffe Braunkohle Steinkohle Torf Ölschiefer Erdöl / Erdgas Metamorphite Gneis Schiefer Quarzit Sonstige Metamorphite Magmatite Tiefengesteine Vulkanische Lockergesteine und Festgesteine Bildquelle:

4 ENDLICHKEIT DER ROHSTOFFRESERVEN UND AUSWIRKUNGEN Rohstoffförderung steigt, um Bedarf zu decken Bodenschätze sind endlich Ressourcenknappheit verursacht: wachsende geopolitische Ressourcen-Abhängigkeit Versorgungsengpässe hohe Verletzbarkeit der politischen und sozioökonomischen Infrastrukturen Silber Gold Zinn Zink Wolfram Niob Nickel Molybdän Mangan Magnesium Lithium Kupfer Kobalt Eisen Chrom Blei Aluminium 50 Jahre Bildquelle: USGS,2010

5 BETRACHTUNG DES GESAMTEN WERTSTOFFKREISLAUFS Innerhalb von 25 Jahren stieg die jährliche Rohstoffförderung von 10 Mrd. t 15 Mrd. t Bildquelle: A. Reller, V. Zepf, 2010

6 FRAUNHOFER ISC - PROJEKTGRUPPE IWKS Gründung im Jahr 2011 Aufbauphase von Mutterinstitut: Fraunhofer ISC - Institut für Silicatforschung in Würzburg Mit zwei Standorten: Hanau (Hessen) Alzenau (Bayern) Hanau Alzenau gefördert vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie und Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst

7 FORSCHUNGSANSATZ DER FRAUNHOFER-PROJEKTGRUPPE IWKS Entwicklung einer tragfähigen Ressourcenstrategie Strategie Grundlagen Think Tank Fraunhofer- Projektgruppe IWKS Recycling Rohstoffgewinnung Technologien Entwicklung und Umsetzung wirtschaftlicher Recyclingkonzepte Substitution Rohstoffe Werkstoffe Erhöhung der Chancen durch Substitution

8 WISSENSCHAFTLICHE KOOPERATIONEN Hessen Thüringen Sachsen Rheinland- Pfalz IWKS Alzenau/Hanau Bayern 100 km 50 km Baden- Württemberg

9 WISSENSCHAFTLICHE NETZWERKE Anwendungszentrum Aschaffenburg GERRI (German Ressource Research Institute) KIC Raw Materials (Knowledge and Innovation Community) EURELCO (European Enhanced Landfill Mining) KNUT (KompetenzNetz UmweltTechnologie) Wissenschafts-Netzwerk Rhein/Main (In Planung)

10 DEUTSCHE PHOSPHOR-PLATTFORM DPP E.V. Gründung im Jahr 2013 Sitz in Alzenau Eingetragener Verein seit 2015 Aufgaben: Unterstützendes Netzwerken für ein nachhaltiges Phosphormanagement Initiierung des Forschungs-, Wissens- und Technologietransfers Entwicklung von Empfehlungen für Entscheidungsträger Leitmotiv: Effizienzsteigerung - Recycling - Substitution

11 GESCHÄFTSFELD BIOWERKSTOFFE, LEBENSMITTEL Strategien zur Vermeidung von Lebensmittelabfällen Prozess-/Produktoptimierung hinsichtlich Kosten-/Ressourceneffizienz Faserreiche Nebenprodukte der Lebensmittelverarbeitung als Rohstoffe für Werkstoffe Verwendung pflanzlicher Polymere aus Nebenprodukten in Werkstoffen und Beschichtungen Biochemische Verfahren zur Extraktion von Wertstoffen Bildquellen: v. l. ISC; freshidea

12 FASERREICHE NEBENPRODUKTE DER LEBENSMITTELINDUSTRIE Entwicklung neuer Verarbeitungs- und Nutzungspfade für faserreiche Nebenprodukte der Pflanzenextraktion aus der Lebensmittelindustrie / Bioraffinerien Analyse von Naturfasern, Hemicellulosen und Biophenolen in den Nebenprodukten Aufgearbeitete Teeblattfasern aus industriellem Nebenprodukt (IWKS) Teepflanze Camellia sinensis 40 µm Biophenole in Blattresten erkennbar an blauer Fluoreszenz (IWKS) Grasfaser-Extraktionsanlage (Biowert Industrie GmbH) Bildquellen: von oben im Uhrzeigersinn Wikipedia; Biowert Industrie GmbH; zwei Bilder IWKS

13 GESCHÄFTSFELD ELEKTRIK, ELEKTRONIK Analyse und Bewertung der Ressourcen- und Schadstoffpotentiale von Elektro(alt)geräten Logistik- und Sammelkonzepte Entwicklung von innovativen Recyclingtechnologien Alternative elektrotechnische Werkstoffe Recyclinggerechtes Design Bildquelle: Bildquellen: ISC

14 GESCHÄFTSFELD ELEKTRIK, ELEKTRONIK Modulare Prozesskette zur dezentralen Rückgewinnung von ausgewählten Technologiemetallen EAG Öl Gas Ga Ge Nd Etablierte Recyclingwege Koks Ta AP 1 l Stoffstrommanagement AP 2 Vorbehandlung AP 3 Thermochemische Stofftrennung AP 4 Mechanische Rückstandsaufbereitung AP 5 l Metallfraktionierung AP 6 Anforderungen für die Verwertung AP 0 Bewertung der Prozesskette

15 GESCHÄFTSFELD ELEKTRIK, ELEKTRONIK Modulare Prozesskette zur dezentralen Rückgewinnung von ausgewählten Technologiemetallen Kernkompetenz elektrohydraulische Zerkleinerung

16 GESCHÄFTSFELD URBAN MINING Materialsysteme im Fokus: Aschen, Stäube, Schlacken, Schlämme und Abwässer. Ziel ist das Schließen von Wertstoffkreisläufen. Dabei wird eine reststofffreie Verwertung angestrebt. Innovative Separationstechnologien Umfangreiche Charakterisierung Bildquellen: ISC; flickr

17 RÜCKGEWINNUNG VON SELTENERD-METALLEN AUS MINERALISCHEN SCHLACKEN A (s) + B (g) C (g) C (g) A (s) + B (g) A (s), z. B. Pulver, verunreinigt A (s), z. B. Kristalle Geschlossenes System T 1 T 2 Temperaturgradient Diffusion A (s) + B (g) C (g) B (g) C (g) Abscheidung Kondensation A (s), z. B. Pulver, verunreinigt Offenes System T 1 T 2

18 GESCHÄFTSFELD MAGNETISCHE MATERIALIEN Prüfung von spezifischen Werkstoffeigenschaften magnetischer Materialien durch chemische und physikalische Charakterisierung. Entwicklung und Produktion von magnetischen Materialien im Pilotmaßstab. Schwerpunkte: Permanentmagnete, Magnetokalorik Recycling von E-Maschinen und Nd-Fe-B Studien zur Ressourcenkritikalität magnetischer Materialien Bildquellen: l. Zepf 2011; m. ISC; r. theodoregray.com

19 GESCHÄFTSFELD ENERGIEMATERIALIEN Synthese, Verarbeitung und Charakterisierung von Energiematerialien Substitution kritischer und kostenintensiver Stoffe Energieeffiziente und umweltschonende Verarbeitung Systemspezifische Probenpräparation und Materialanalytik Reuse- und recyclinggerechte Designs für Systeme und Komponenten Innovative Recyclinglösungen für Energiespeicher und Energiewandler Kritikalitätsstudien und Ökobilanzierungen für Energietechnologien Bildquellen: ISC

20 GESCHÄFTSFELD BELEUCHTUNG Recycling von LEDs und LED-Leuchtmitteln o Entwicklung und Optimierung innovativer Recyclingverfahren zur Aufbereitung von Beleuchtungssystemen Entwicklung alternativer, ressourcenschonender Leuchtstoffe & Leuchtmittel o o Substitution von kritischen Elementen Design recyclierbarer Systeme Konsequenzen der Technologieumstellung auf LED REE Eu Mn Ce Tb Sr Al Se Zn N Si Ti Au Sb V Te As W S Zr Bildquelle: Projektgruppe IWKS

21 KOSTENANTEILE IM VERARBEITENDEN GEWERBE 2007: insg. 1,72 Mrd. EUR Quelle: Statistisches Bundesamt 2009

22 UNSER ANGEBOT Stoffstromanalysen Studie zum effizienten Umgang mit Ressourcen in der Produktion Auswirkungen versorgungskritischer Rohstoffe Machbarkeitsstudien zur selektiven Separation von Schad- und Wertstoffen Materialentwicklung zur Substitution von kritischen Materialien/Elementen wie Seltenerdmetallen für Leucht- und Magnetwerkstoffe Lebenszyklusanalysen Wir freuen uns auf die Kooperation mit Ihnen

23 Dr. Carsten Gellermann Geschäftsbereichsleitung Wertstoffkreisläufe Fraunhofer-Projektgruppe IWKS Brentanostr. 2, Alzenau / carsten.gellermann@isc.fraunhofer.de