Recycling seltener Metalle aus Elektroaltgeräten - Dr. Christian Hagelüken BodenSchätzeWerte - ESM Foundation
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Recycling seltener Metalle aus
Elektroaltgeräten
Dr. Christian Hagelüken
Seltene Metalle für die digitale Welt BodenSchätzeWerte
5.7.2018, FMS Zug Unser Umgang mit Rohstoffen 1
Umicore:
Globales Technologie- & Recyclingunternehmen
9700 Mitarbeiter, 65 Produktions- & F&E-Standorte global, 2,9 Mrd € Umsatz*
Eines von drei Ein führender Zulieferer Ein weltweit führendes
weltweit führenden von Schlüsselmaterialien Recyclingunternehmen
Unternehmen für für Li-Ionen Batterien für komplexe
Autoabgas- und Brennstoffzellen Abfallströme mit
Katalysatoren und Edelmetallen und
Partikelfilter anderen Wertmetallen
*2017, ohne Metalle
Metalle im Umicore Portfolio
2
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018
Umicore BU Energy & Surface Technology
High-Tech Produkte auf Basis von Edel- & Sondermetallen
Electro-Optic Materials
Germanium Thin Film Infrared
Solutions Products Optics
Balzers , Liechtenstein Anwendungen
Treiber
76 people • Connectivity through fiber, satellite • Internet-of-things
& 5G network • Autonomous driving
• Big Data from sensors & Factory 4.0
HQ TFP, R&D • Huge Storage & computing power • Smart houses and cities
Production & Sales • Captivating visualization • Virtual assistants
Sputtering targets and evaporation materials technology • Augmented reality
Application Tech Center & Bonding Center
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C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018
Umicore Thin Film Products, Lichtenstein
Spezialprodukte für elektronische & optische Anwendungen
Evaporation Materials for Microelectronics
Evaporation materials
Al, Cr, Cu, Ni, Ti, ITO
Sputtering targets for Precious metals
Semiconductor Applications
Accessories
Packaging
Molybdenum liners
NiV, WTi
Graphite liners
Telecom, Sensors Products for Optics & Ophthalmic
Ta, NiCr, Ni, Cr
Front end
Al alloys, Ti, Cu,
Precious metals
Evaporation materials
Thin Film Batteries Titanium oxides, Zirconium oxides,
Li, LiCoO2, Li3PO4 Silicon dioxides, Tantalum oxides
ITO, Fluorides
LED
ITO, Wti, GAZO, Au, Pt
Sputtering targets
Ti, Ta, Nb, ITO, Si
Accessories
Evaporation sources, Quartz crystals 4
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018
Rohstoffpotenzial in ausgewählten Produkten
Heute
Elektro- & Elektronikgeräte: bedingen > 40% der
Weltminenproduktion auf Cu, Sn, Sb, In, Ru
4% Au & Ag, 20% Co & Pd in Handys, PCs, Laptops, Tablets
Kraftfahrzeuge: 60% der PGM-Minenproduktion für Autokats,
160% der Pb-Minenproduktion für Autobatterien
Morgen
Erneuerbare Energien: Wind SE-Magnete, Cu
Photovoltaik Si, Ag, Cu, Se, Ga, In, Te, Cd, Ge
Brennstoffzellen/H2 Elektrolyse (Pt, Ru, Ir)
Elektromobilität: Batterien (Co, Ni, Li, …), BZ, SE-Magnete, Cu, Elektronik (s.o.)
LED-Beleuchtung (Ga, In, SE, …), Glasfaserkabel (Si, Ge), Netze (Cu), …
➢ Metalle im Fokus physikalische & chemische Eigenschaften für High-Tech Funktionalität
➢ Europa in hohem Maß importabhängig
➢ Saubere Energie nur bei sauberer Rohstoffvorkette; Gesamtenergiebilanz beachten
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C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018
Beispiel Mobilität…
… stetig zunehmender Bedarf an (seltenen) Metallen
1900s 1920s Metalle*
Power
Fe Pb Cu Cr
Mobility
Al Zn Pt Pd
1950s 1980s Rh Ce La Au
Clean
Style Ag Sb Sn Ge
air
+ steel alloys & decoration + catalyst
In Ga Nd Pr
2000s > 2010
Intelligence Low Sm Tb Dy Mg
carbon
+ Elektronik Li Co Ni Mn
+ NiMH/Li-Ion Akku
+ elektr. Hilfsmororen
+ Brennstoffzelle
+ Leichtbau *Aufzählung nur indikativ
+ Elektromotoren
6
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018 6
7
Jährliche Minenproduktion Edelmetalle 2016
kleine Mengen, große Werte
15 Mrd $
129 Mrd $
11 Mrd $
PGM-Wert bei Ø-Preisen 2016: 10.9 Mrd $ ; Minen Produktion:
PGM = Platin Gruppen Metalle Pt 6.0; Pd 4.1; Rh 0.5 Mrd $ > 85% Südafrika & Russland
Erzgehalt < 10 g/t
7
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018
8
Lagerstätten im “Urban mining” oft deutlich
reicher als im Bergbau
Bergbau “Urban mining”
• < 5 g/t Au im Erz • 100-150 g/t Au; Pd, Ag, Cu, Sn, Sb, … in
PC Motherboards
• 100-300 g/t Au; Pd … in Mobiltelefonen
Geringer Gehalt, großes Volumen, ortsfest Hoher Gehalt, (global) verstreut auf
Millionen
Altgeräte
Faktor
20-30
& more
Herausforderung: Akkumulation der Millionen über unzählige Haushalte
verstreuten Altprodukte zu einer „urban mine” mit wirtschaftlicher Größe
8
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018
Kontext Kreislaufwirtschaft
“… where the value of products, materials and resources is maintained
in the economy for as long as possible, and the generation of waste
minimized… to develop a low carbon, resource efficient and competitive
economy” EC Communication Dec. 2015 “Closing the loop – An EU action plan for the Circular Economy
Metalle = idealer Kandidat:
“unendlich” recyclierbar,
kein Downcycling, kein
Qualitätsproblem bei
Sekundärmetallen…
Warum Recycling?
• Erhalten der Rohstoffbasis
• Versorgungssicherheit
• Schadstoffemissionen vermeiden
Source: EU-COM (2014) • Preisstabilisierung
398, Towards a circular
economy, 2.7.2014 • Produkt-Ökobilanz verbessern
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C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018
Rohstoffe im Kreislauf führen
Grundbedingungen aus der Metallperspektive
➢ Physisch: Wiedereinsatz von EoL-Materialien in Neuprodukten
Umwelt- & Gesundheits-konformes Multi-Material Recycling aus komplexen Produkten
Fokus auf Qualität & Performance der angewandten Recyclingprozesse
➢ Ökonomisch: Erlöse & Gesamtkosten der Recyclingkette müssen passen
vollständige Sammlung, Optimierung der Recyclingkette, Economies of Scale
besondere Anforderungen für Qualitätsrecycling komplexer Konsumgüter
Erlöslücke schließen, geeignete Recyclinganreize schaffen (Gebühren, Geschäftsmodelle, …)
➢ Nicht „irgendein“ Recycling, nur hochwertiges Recycling für die „Circular Economy“
Circular Economy im globalem Kontext:
→ umfassendes Materialrecycling am Produkt-Lebensende, wann und wo auch immer dieses eintritt
10
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018Herausforderung E-Schrott
the good, the bad and the ugly - Wertstoffgewinnung ohne Schadstoffemissionen
E-Schrott, ein hochkomplexer Mix …
▪ Ag, Au, Pd… (Edelmetalle)
▪ Cu, Al, Ni, Sn, Zn, Fe, Bi, Sb, In…
(Basis- & Sondermetalle)
▪ Hg, Be, Pb, Cd, As, …(Schadstoffe)
▪ Halogene (Br, F, Cl...)
▪ Kunststoff & andere Organik
© Umicore
Composition of mobile phones ▪ Glas, Keramik, Holz, …
mobile phone substance (source Nokia)
Umweltrisiko bei Deponie / schlechtem Recycling
Wichtige Rohstoffquelle
11Recycling &
Abfallwirtschaft:
Die Realität ist leider
komplexer als in der
Filmwelt von WALL·E…
From: Disney/Pixar www.wall-e.com
Verständnis der Herausforderungen ist Voraussetzung für
nachhaltige Lösungen
12
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018 12Recycling erfordert eine optimierte Akteurskette
Potenzielle Nicht erfasst Falsche Fraktion, Reststoffe
Verluste: Deponie,…
Mechanisch-manuell
metallurgisch-chemisch
Recycelte
Altprodukte Sammlung Aufbereitung Endverwertung
Materialien
regional/ national international
lokal
Reuse Reparaturen, 2. Hand
Separierte Produkte, Bauteile & Fraktionen
Abfall Verbrennung, Deponie
Recycling Effizienz wird durch schwächstes Glied bestimmt
• System Ansatz: gesamte Kette berücksichtigen
• Fokus auf ökonomischen & ökologischen Wert der Recyclate statt auf Masse
• Materialwert muss Kosten der Recyclingkette decken, sonst Gebühren zur
Deckung erforderlich (Gesetzgebung)
13
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018Stufe 1:
Kein Recycling ohne Sammlung
geeigneten
Recycling-
prozessen
zuführen
vollständige Vor-
Erfassung sortierung
Generierung
einer
kritischen
Masse
Anreize für
hochwertiges
Recycling
illegale Exporte
14
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018 Source: CWIT/Interpol 2015Problem illegale & graue Exporte
19.4.2018 Seine großen Häfen sind Europas Tore
zur Welt. Aber sie haben auch einen
düsteren Hinterausgang: Zigtausende
Tonnen von Elektro- und Elektronikschrott
werden jährlich in sogenannte
Gebrauchtwagen gestopft und illegal nach
Nigeria verschifft. Rund 70 Prozent der
15.600 Tonnen E-Schrott, die jährlich ins
westafrikanische Land gelangen, sollen
diese Importroute nehmen.
Das ist das Ergebnis einer neuen Studie,
an der das Basel Convention
Coordinating Centre for the Africa Region
in Nigeria (BCCC Africa) und die
Universität der Vereinten Nationen in
Bonn maßgeblich beteiligt waren. Die
Studie basiert auf den Testergebnissen
einer Reihe von Inspektionen, die 2015
und 2016 in zwei Häfen Nigerias
durchgeführt wurden.
Demzufolge werden jährlich rund 60.000
Tonnen gebrauchte und funktionstüchtige
Elektro- und Elektronikgeräte zum
Weiterverkauf nach Nigeria importiert.
Rund ein Viertel des Materials ist
allerdings E-Schrott. Transportiert werden
die Geräte samt E-Schrott überwiegend in
Fahrzeugen – von Autos über Busse bis
hin zu Lkw. 15
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018Stufe 2:
Aufbereitung/Vorbehandlung
Aufschluss komplexer Produkte zur Erzeugung geeigneter Fraktionen für
die finale Metall-/Materialgewinnung
• Fokus auf Wert- & Schadstoffe, nicht nur auf Masse (oder Hype)
• Geeignete Kombination aus manuellen & mechanisierten Verfahren wählen
• Synergien nutzen, Abstimmung auf finale Recyclingprozesse
(Schnittstellenoptimierung)
• “Klasse vor Masse”, Prozessqualität durch Standards und Zertifizierungssysteme
sicherstellen
© WorldLoop © Empa
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018
16 16Stufe 3:
Metallurgisches Recycling komplexer Fraktionen
Erforderlich sind High-Tech & Economies of Scale
• Effiziente Rückgewinnung von
17 Metallen im Hauptprozess:
Au, Ag, Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Cu, Pb,
Ni, Sn, Bi, Se, Te, In, Sb, As
• Bis zu 500.000 t/a Input
• Zusätzlich Spezialprozess zum
Recycling von Li-Ionen Akkus,
Gewinnung von Co, Ni, Cu, Li
& Seltene Erden Konz.
• Eigenentwicklung, innovative
Technologie, hohe Metallausbeuten
& Energieeffizienz, aufwändige
Integrierte Metallhütte, Umicore-Hoboken, Abgasreinigung
Antwerpen, Belgien
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C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018Reality Check 1
Edelmetalle in der Kreislaufwirtschaft
Technisch ist nahezu verlustfreies Recycling möglich, aber …
Edelmetall-Recyclingausbeute Umicore Prozess: >> 95%
?
? ?
Schmuck, Katalysatoren Autoabgas-
Elektronik-Produkte
Reale Barren, Münzen Chemieindustrie Katalysator
Recyclingrate* >> 90% > 90% 60-70% < 40%
+Wert +B2B -B2C, +Wert -B2C, +Gesetzgebung
= kurz, geschlossen, B2B
(industrielle Kreisläufe)
* Der Edelmetalle Au, Ag, Pt, Pd, Rh über den gesamten Produkt-Lebenszyklus,
? = lang, offen, v.a. B2C globaler Durchschnitt
(Konsumgüter-Kreisläufe)
18
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018Neue Herausforderungen für Elektroschrott
Wirtschaftlichkeit des Recyclings zunehmend unter Druck
Abnahme Stückgewichte
abnehmende & Miniaturisierung
Internet of
Edelmetallgehalte Things
Konvergenz von Cloud
Geräten
Colton Bangs: Trends in electronic products – the canary in the urban mine?
Electronic Goes Green 2016
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C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018Umicore Recycling Prozess für Li-Ionen Batterien
Zusätzlich zu Co, Ni, Cu wird Lithium im Schlüsselbeitrag zur steigenden Nachfrage nach
industriellen Maßstab zurückgewonnen „sauberen“ Rohstoffen in einer zirkularen, CO2-
(Kapazität 7000 t/a) armen Wirtschaft 20
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018 20Reality Check 2
Kreislaufverluste bei portablen Li-Ionen Akkus
Defizite bei Sammlung & Stoffstromverfolgung
• Sehr großes ungenutztes Recyclingpotenzial für Co
Global 30 000 t/a Co Einsatz für portable Akkus (Elektronik, Werkzeuge, …), aber
nur sehr geringe Recyclingraten Co wäre ausreichend für 3-4 Mio EVs
• bitkom Studie 2018-03: 124 Mio Handys in deutschen Schubladen
• Effiziente & saubere Recyclingverfahren verfügbar
Co, Ni, Cu, Li…
• Geringe Sammelraten, kaum hochwertiges Recycling
Recyclinganreize schaffen
• „Business as usual“ nicht ausreichend
Reparatur- und Recycling freundliches Design
Pfandsysteme, z.B. für Handys?
Servicemodelle (Leasing) ggü. Eigentum bieten Synergien über Recycling hinaus
(Kosten, Kundenbeziehung, Link zu Infrastruktur, Digitalisierung, Mobilitäts-Plattformen, …)
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C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018Einflussfaktoren auf die Kreislaufschließung*
- vielfältige Wechselwirkungen
Intrinsische Faktoren:
▪ Materialwert
▪ Komplexität / Heterogenität (Produkt Zusammensetzung & Design)
▪ Geschäftsmodel / Art des Produktzyklus (B2C, B2B)
▪ Produktmobilität / multiple Nutzer
Externe Faktoren:
• Sammel-Infrastruktur
• Externe Sammelanreize (z.B. Leasing, Pfand, …)
• Qualität der eingesetzten Recyclingverfahren
• Gesetzgebung / Kontrolle / Vollzug
• Akteursverhalten & Motivation
(Konsumenten, OEMs/EPR Kultur, Handel, Recycler)
*Produktperspektive
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C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018Erfolgsfaktoren für das Recycling
Voraussetzungen
1. Technische Recyclierbarkeit als
Grundvoraussetzung
2. Zugänglichkeit der relevanten
Bauteile Design
3. Wirtschaftlichkeit
intrinsisch oder extern geschaffen
4. Sammelerfolg
Geschäftsmodelle, Gesetze,
Infrastruktur
5. Verhinderung illegaler/dubioser
Abflüsse
6. Nutzung qualitativ hochwertiger
Recyclingkapazitäten
7. Technisch-organisatorische
Optimierung der Kette
23
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018 23Recycling im Kontext begreifen
„Circular Economy“ als Chance
24
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Kontakt: christian.hagelueken@eu.umicore.com www.umicore.com
Publikationen: www.researchgate.net/profile/Christian_Hagelueken/contributions www.umicore.de
25Metalle gehen nicht verloren -
Recycling zur Erschließung heimischer Rohstoffpotenziale
Vermeidungswege von Metallverlusten entlang des Zyklus
Dissipation
Reduzierung von Reststoffen
& Vermeidung von Dissipation Reststoffe
Nutzung Erfassung & Recycling
Reststoffe
Reuse geeigneter Reststoffe
Produkt Neu Produkt-
Herstellung Schrotte Lebensende
Meta Aus
lle, Le ng
gieru Reststoffen cli
& Ver ngen Recy Reststoffe
bindu (sekundär)
ngen
Rohstoffproduktion Einsatz hochwertiger
Optimierung der Aus
Ausbeuten Reststoffe Erzen & Altdeponien Verfahren
Konzentraten (aus Bergbau &
(primär) Abfalldeponie)
By-products
Geogene Rohstoffe
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C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018E-Schrott - ein sehr heterogener Abfallstrom
Es ist nicht alles Gold was glänzt
WEEE* collected, by weight (2013)
Priority for precious metals recovery Lamps
IT Appliances
High
Cooling and
Medium or Low
Freezing
Very Low or None Appliances
Precious metal components
Screens
Large
Household
Appliances
Other White
and Brown
Source: figures from WEEE-Forum Goods
*Waste Electric & Electronic Equipment 27
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018Aufbereitung komplexer Produkte
Quelle:
Reuter/ Van Schaik, 2010
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C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018Einfluss der Miniaturisierung
Steigender Aufwand zur Generierung von 1 t Leiterplatten
Desktop Notebook Tablet
Geräte- ¼ ¼
masse
Masse ½ 1/
Leiterplatten 10
1.000 2.000 20.000 … für 1 t
Stück Stück Stück Leiterplatten
Quellen: Umicore team analysis, P. Chancerel & S. Rotter in Waste Management vol 29 issue 8, 2011, Hobi at Green Electronics Council tablets & slates
workshop 2013
29
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018Veränderte Zusammensetzung, weniger Metalle
-Edelmetall-Gehalte von „high grade“ Leiterplatten-Recyclingposten
120% 600%
“g/t” “€/t”
Gross metal value of high grade boards
Concentration in high grade boards
100% 500%
80% 400%
(normalized)
(normalized)
60% 300%
40% 200%
20% 100%
0% 0%
2003 2006 2009 2012 2015 2003 2006 2009 2012 2015
Gold Silver Palladium Copper Sum
30
C. Hagelüken, HSR Zug, 5.7.2018Sie können auch lesen
