Verbund 010 WAVE Analyse von Sekundärrohstoffen durch mikrowellenunterstützte Laser-Emissionsspektroskopie Visualisierung als Roadmap Marktadressierung Forschungsumfeld
Verbundkoordinator Dipl-Phys. Christoph Dominic Gehlen r²-ansprechpartner Dr. Jörg Woidasky kurz mittel lang 2013 Resourcen Material Energie Metallle CO 2 Markt / Branche Metallrecycling und -analyse Spektrometer, Lasernetzteil, Lasersteuergerät Messsonde Laser Analysesystem in Kombination mit Mikrowellenanregung Tests mit Edelstählen und Aluminiumlegierungen; Metallfraktionen; zusammengesetzte Werkstoffe Messtechnik Materialanalyse Lasertechnik Materialien F & E Bereiche Technologie Produkt Plasmaemissionsspektrometrie Mobiles mikrowellenunterstütztes Laser Analysesystem Massenstromdetektion für große Stoffströme und/oder komplexe Produkte 2
Erläuterungen der Roadmap Um Resourceneffizienz über die komplette Wertschöpfungskette hinweg umsetzen zu können, ist eine möglichst sortenreine Sortierung der Sekundärrohstoffe notwendig. Ziel des Verbundprojektes WAVE Analyse von Sekundärrohstoffen durch mikrowellenunterstützte Laser-Emmisionsspektroskopie ist daher, ein mobiles Laser-Analysesystem zur Sortierung von Metallschrotten zu entwickeln. Hierzu sind im Projektkonsortium Expertisen in den Bereichen Lasertechnik, Materialanalytik sowie Messtechnik vorhanden. Die Kombination der Laser- sowie der Mikrowellentechnik zur Plasmaemmisionsspektroskopie sollen in diesem Verbundprojekt erstmals kombiniert werden. Hierdurch wird es möglich, ein kompaktes, portables Analysegerät zu entwickeln, welches unterschiedliche Metallegierungen identifizieren kann. Bisher waren hierfür eine aufwändige Präparation sowie zwei Analysetechniken (Funkenspektroskopie und Röntgenfluoreszenzspektroskopie) notwendig. Ein Upscaling auf einen kontinuierlichen Prozess für Stoffströme und komplexe Produkte ist angedacht. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse sowie das zu entwickelnde Mikrowellen-Laser-Messgerät kommen hauptsächlich der Metallrecyclingbranche zu gute. 3
Marktadressierung Da in diesem Verbundvorhaben ein Analysetool für unterschiedlichste Metalle entwickelt wird, ist eine Marktpotenzialabschätzung nur schwer möglich. Das Volumen im Metallrecycling ist grundsätzlich stark geprägt von Stahl (ca. 19 Mio. Tonnen Stahlschrott in Deutschland, 530 Mio. Tonnen weltweit [1]). Aluminium hat im Vergleich einen Umfang von 600.000-800.000 Tonnen [2]. Neben diesen beiden Einsatzfeldern ist eine Anwendung des Analysetools jedoch auch für zahlreiche weitere Materialien denkbar. Quellen [1] http://stahl-info.de/stahl-recycling/stahlrecycling.asp [2] http://www.aluminium-recycling.com/de/recycling/eckdaten.php 4
Ländervergleich der wissenschaftlichen Veröffentlichungen Europa hält an den gesamten Veröffentlichungen von 1990-2010 im Themengebiet Laser- und Emissionsspektroskopie einen Anteil von 29 %, Deutschland 5 %, die USA kommen auf 18 %, Japan und China jeweils auf 10 %, Kanada auf 3 % und Südkorea auf 1 %. Die Summe der restlichen Länder stellt mit 24 % den zweitgrößten Anteil. 5
100,00% Andere 80,00% Europa (ohne D) 60,00% 40,00% 20,00% 0,00% 90 94 95 99 2000 2004 2005 2010 Kanada Südkorea China Deutschland Japan USA Zeitliche Entwicklung der wissenschaftlichen Veröffentlichungen nach Ländern Um die Entwicklung der Dynamik der wissenschaftlichen Veröffentlichungen im Themengebiet Laser- und Emissionsspektroskopie abzubilden wurden vier Zeitscheiben gebildet. Diese erstrecken sich von 1990-1994, 1995-1999, 2000-2004 und 2005-2010. Der Anteil der Veröffentlichungen je Zeitscheibe für Europa ohne Deutschland bleibt über den betrachteten Zeitraum relativ konstant bei ca. 27 %. Der Anteil Deutschlands verringert sich ein wenig von 5,65 % auf 3,39 %. Erwartungsgemäß steigt der Anteil Chinas in den letzten 10 Jahren an. Japans Anteil bleibt über die Zeitscheiben relativ konstant bei ca. 10 %, Südkoreas Anteil wächst von 1 % auf 2,34 %. Einen starken Rückgang der Publikationen im Themengebiet haben die USA zu verzeichnen. Ihr Anteil fällt von 30,9 % auf 11,08 %. 6
Themenfeldanalyse Laser- und Emissionsspektroskopie Die überwiegende Anzahl der Publikationen aus dem Themengebiet Laser- und Emissionsspektroskopie kommt aus der Disziplin Engineering. Weiter vertreten (allerdings weniger stark) sind die Themengebiete Chemisty, Pysics, Material Sciences und Energy. Daneben sind die Publikationen weiteren Fachdisziplinen zuordbar, die sich insgesamt als heterogen darstellen. 7