REACT Recycling-Projekt erfolgreich

Meilensteine des Projekts im einzelnen …

Lotpulver isolieren

Eine der Hauptaufgaben im Rahmen des Projekts war die Aufreinigung von Lotpulver mit überschrittenem Haltbarkeitsdatum oder aus bereits genutzter Lotpaste. Die technische Herausforderung bestand dabei darin, das Lotpulver aus den Lotpasten so vom enthaltenen Flussmittel zu trennen, dass sich das wiedergewonnene Lotpulver in seiner Reinheit nicht von neu hergestelltem Lotpulver unterscheidet. Gleichzeitig sollte dabei möglichst energiesparend vorgegangen werden.

Dazu wurde an unterschiedlichen physikalischen Trennverfahren gearbeitet. Die größte Herausforderung des Projektes bestand darin, ein universelles Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, Lotpasten verschiedenster Hersteller zuverlässig aufzureinigen und gleichzeitig den Energieverbrauch und die Umweltbelastung für den Reinigungsprozess gering zu halten.

Wissenschaftlich belegt: Sekundärzinn hat die gleiche Qualität wie Primärzinn

Eine Studie an der Universität Rostock unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Mathias Nowottnick hat ergeben, dass in der Lotproben aus primärem und sekundärem Zinn vergleichend keine relevanten Unterschiede zu erkennen sind. Ziel war es, wissenschaftlich zu belegen, dass sich Primär- und Sekundärzinn in Reinheit und Qualität nicht voneinander unterscheiden.

Lichtmikroskopische Untersuchung

Eine kristallografische Untersuchung an den präparierten Mikroschliffen der Proben hat keine sichtbaren Unterschiede zwischen beiden Varianten aufgezeigt. Durch einen chemischen Ätzprozess konnten die einzelnen Kristalle und Korngrenzen in den Zinnproben gut sichtbar gemacht werden – weder beim primär noch beim sekundär gewonnenem Zinn konnten entlang der Korngrenzen Verunreinigungen festgestellt werden.

Rasterelektronenmikroskop und EDX

Die Reinheit der Zinnproben wurde außerdem im Rasterelektronenmikroskop sowie durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) qualitativ mittels Mapping-Scan und quantitativ mittels Punktanalyse mit stöchiometrischer Auswertung analysiert. Die Ergebnisse dieser Untersuchungsverfahren ergeben ebenfalls eine hohe Reinheit der Proben beider Zinnvarianten.

Thermische Analyse

In der thermischen Analyse konnten lediglich geringe Unterschiede in einer Größenordnung <0,5 K zwischen sekundärem und primärem Zinn festgestellt werden. Der leicht höhere Schmelzpunkt des sekundären Zinns liegt etwas näher am theoretischen Literatur-Wert der Schmelztemperatur für das reine Zinn. Zusammen mit einer geringeren Standardabweichung der gemessenen Schmelztemperaturwerte beim sekundären Zinn im Vergleich zum primären Zinn lässt sich deshalb auf eine hohe Qualität und Reinheit des sekundären Zinns schließen.

Rückführungskonzept für Zinnabfälle

Um eine Wiederverwendung vorzubereiten und mit möglichst geringen Umwandlungsverlusten herzustellen, würden diverse Trennungsverfahren als Funktion der Korngröße betrachtet.  Hierbei ging es insbesondere um eine digitale Rückverfolgbarkeit. Dazu wurden Proben sowohl von neu produzierten als auch von geöffneten und teilweise benutzten Lotpastenbehältern entnommen und untersucht. Die Klassifizierung und Trennung der jeweiligen Pasten nach Legierung und Korngröße für die spätere homogene Wiederverwendung sowie die Klassifizierung der enthaltenen Flussmittel für die Aufarbeitung war dabei die größte Herausforderung. Die Versuche rund um den Reinigungsprozess haben jedoch klar gezeigt, dass es am Beispiel von Lotpasten möglich ist, Rohstoffe von Flussmittel und Originalverpackung zu trennen.

Daten für die Blockchain

Zusätzlich wurden die Daten über den Inhalt der Behälter ermittelt, die aus Gründen der Rückverfolgbarkeit als Grundlage für einen Demonstrator via Blockchain verwendet werden können. Um eine transparente, aber gleichzeitig Datenschutz-konforme Rückverfolgbarkeit der Rohstoffkette sicherzustellen, musste zudem eine neue Datenbank erarbeitet werden, auf welche die Blockchain zugreift. Die gesammelten Daten und Informationen zu verschiedenen Materialien und deren Inhaltsstoffen sind ausreichend, um sie in einem Blockchain-Demonstrator darzustellen. Dies ermöglicht auch die Erstellung eines digitalen CO₂-Zertifikats, das die Rückverfolgbarkeit der Materialien garantiert.

Umfrage zum Thema Zinnrecycling

Im Rahmen einer Studie wurden außerdem Unternehmen zu ihren Vorbehalten gegenüber dem Recycling von Zinn befragt. Aus den verschiedenen Fragebögen geht hervor, dass die Mehrheit der Entscheidungsträger, insbesondere im Bereich der Zinnabfälle, nicht die Notwendigkeit sieht, eine nachhaltigere Verwendung von Materialien in der Produktion zu berücksichtigen.

Blockchain für mehr Transparenz

Mittels Blockchain-Technologie soll die Transparenz der Lieferkette sichergestellt werden. Dabei wurde betrachtet, wie die Kreislaufwirtschaft damit unterstützt werden kann. Dazu wurden zunächst bestehende IT-Konzepte und Blockchain-Lösungen recherchiert und analysiert, welche die Lieferkette eines Produkts zurückverfolgen oder zur Zertifizierung von Produkten eingesetzt werden können. Im Anschluss wurde eine an die Anforderungen angepasste Lösung entwickelt. Als Resultat konnte eine prototypische Webanwendung für eine transparente Kreislaufwirtschaft präsentiert werden.

Ausstoß von Treibhausgasen deutlich minimiert

Es wurden die Umweltwirkungen der neu entwickelten Verfahren zur Rückgewinnung von Lotpulver im Vergleich zu den Umweltwirkungen von Primärzinn betrachtet. Bewertungsgröße hierfür war der Ausstoß von Treibhausgasen gemessen in CO₂-Äquivalenten. Die Herausforderung: Die ökologischen Kennzahlen sind häufig vertraulich und werden von den Unternehmen nicht preisgegeben – wenn sie diese denn überhaupt selbst kennen. Zudem schwanken die Daten zum Primärzinn stark, da sie zu unterschiedlichen Zeiten (zwischen 10 und 20 Jahren) und in unterschiedlichen Regionen ermittelt wurden. Klar belegen lässt sich jedoch, dass sich der CO₂-Fußabdruck mithilfe der neuen Aufbereitungsverfahren deutlich minimieren lässt: Während der CO₂-Fußabdruck-Wert von Lotpaste aus Primärzinn bei rund 38,5 kg-CO₂-Äq liegt, misst er bei den neuen Aufbereitungsverfahren nur rund 3,3 kg-CO₂-Äq.

Maschinelle Aufbereitung

Nun galt es, planerisch eine Anlage zu konstruieren, die in der Lage ist, gebrauchte Lotpaste maschinell aufzuarbeiten. Dazu galt es, das entwickelte Separationsverfahren technisch aufzugreifen und darauf basierend planerisch eine Maschine zu entwerfen. Wichtig dabei: Das Lotpulver muss in der Anlage möglichst vollständig vom Flussmittel getrennt werden – mit einer Reinheit der Lötzinn-Sphären von über 99,9 Prozent. Die Partikel dürfen dabei außerdem nicht mechanisch beschädigt werden. Weitere Anforderungen: Das Device sollte intuitiv zu bedienen, ergonomisch sowie platzsparend sein. Essenziell ist zudem eine leichte Bedienbarkeit, damit kein zusätzliches Fachpersonal dafür eingestellt werden muss.

Fazit des Projekts

Die Laufzeit von einem Jahr ist für ein solch umfangreiches Projekt zu knapp bemessen, um zu abschließenden Ergebnissen zu kommen. Aus diesem Grund wird auf den jeweiligen Gebieten auch künftig weiter intensiv geforscht. Im Laufe des Projekts konnte jedoch nachgewiesen werden, dass es möglich ist, mit neuen, umweltfreundlichen Verfahren qualitativ hochwertiges Material zu gewinnen, um umweltschädliche Emissionen zu verringern und Ressourcen zu schonen.