Projekt 37088/01

Prototypanlage zur Felderprobung des hochdynamischen quantifizierten Metallrecyclings

Projektdurchführung

OSR GmbH & Co. KG
Gartenstr. 105
73430 Aalen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In den von den Unternehmen Proassort bzw. später cleansort und cleanLASER durchgeführten Forschungsprojekten COLA I+II (AZ 32322/01 und AZ 32322/02) sowie HILDE (AZ 34709/01) konnte ein hochdynamisches Inlineverfahren zur legierungsreinen Sortierung metallischer Schrotte entwickelt werden. Mithilfe von LIBS (laser induced break down spectroscopy) in Kombination mit einer selektiven Oberflächenreinigung werden hohe Sortiergrade bei hoher Durchlaufgeschwindigkeit dargestellt. Die Technologie ermöglicht eine geschlossene industrielle Wertschöpfungskette in der Recyclingindustrie und stellt prinzipiell eine Lösung für die steigenden Anforderungen der Metallindustrie dar.
Die von cleanLASER und cleansort entwickelte Technologie stellt den aktuellen Stand der Technik zur LIBS-basierten Sortierung metallischer Schrotte dar und soll nun erstmalig im Rahmen dieses Projektes in Form einer zu entwickelnden und realisierenden Prototypanlage zur Felderprobung in einer realen Recyclinganlage zum Einsatz kommen. Die Firma OSR wird diese Anlage beschaffen und im industriellen Umfeld betreiben und damit die ökologischen und ökonomischen Potenziale im seriennahen Betrieb validieren. Dabei sollen umfangreiche Felddaten und Erfahrungen gesammelt werden. Diese gewonnenen Daten stellen in der weiteren Verwertung eine öffentlich zugängliche umfassende Erfahrungs- und Entscheidungsbasis für einen geplanten globalen Einsatz und eine marktdurchdringende Verbreitung der Technik dar.



Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Arbeiten im Projekt gliedern sich in drei Hauptarbeitspakete, die einerseits den Aufbau des Prototyps und die Erprobungsphase (AP1 und AP2) und parallel dazu die Forschungsarbeiten sowie technologischen Weiterentwicklungen der Materialanalyse und Sortiertechnik (AP3) beinhalten. Arbeitspaket 1 – der Aufbau der semimobilen Prototypanlage – erfolgt unterstützt durch die Investition der Firma OSR unter Berücksichtigung einer entsprechenden Investitionsförderung, die ebenfalls Teil des Projektantrages ist. Die vor und zur Aufbauphase parallellaufenden Forschungs- und Entwicklungsleistungen des Arbeitspaketes 3 werden im Wesentlichen von den Partnern cleansort und cleanLASER erbracht. In der Validierungsphase (AP2) wird die Anlagentechnik vor allem von OSR betrieben und unter Serienbedingungen ausgelastet. Während dieser Phase ist eine kontinuierliche Begleitung durch die Technologie-Entwicklungspartner (cleanLASER und cleansort) sichergestellt und geplant.


Ergebnisse und Diskussion

Der im Projekt entwickelte und realisierte Prototyp ermöglicht den Feldeinsatz und Erprobung im realen industriellen Einsatz. Durch den Einsatz der Technik auf einem realen Schrottplatz konnte eine Validierung der vielversprechenden Kennzahlen des Labordemonstrators erzielt werden und der Grundstein für die technologische Nutzung gelegt werden.
Neben dem Aufbau der Prototypanlage (Investitionsanteil) wurden im Rahmen eines parallelen F&E-Projektes umfangreiche praxisrelevante Erfahrungs- und Stoffstromdaten erfasst sowie weitere Technologieentwicklungen für den späteren robusten Serienbetrieb durchgeführt.
Auf Grundlage dieser Daten wurde der wirtschaftliche und nachhaltige Effekt, der in mehreren Projekten von der DBU bereits unterstützten und geförderten Technologieentwicklung belegt. Somit stellt dieses Projekt einen Markt-Öffner und Initiator für die digitale Prozess- und Wertstoffkette im Bereich des Metallrecyclings ohne Legierungs-Qualitätsverlust dar. Die aus dem Laborbetrieb des Demonstrators gezeigten Möglichkeiten wurden den Risiken der seriennahen Nutzung sachlich gegenübergestellt, um in der konservativen Recyclingbranche für eine reduzierte Risikoaffinität und erhöhte Innovationsbereitschaft ausreichende Belege darzustellen.
Die Weiterentwicklung der automatisierten Sortiertechnologie hinsichtlich der quantitativen Massenstromanalyse stellte den nächsten Schritt zur optimierten Nutzung von Sekundärrohstoffen dar. Die gezielte qualitätsgesicherte Bereitstellung quantitativer Daten spezieller Legierungen ermöglicht es den Herausforderungen der zirkulären Kreislaufwirtschaft zu begegnen.
Um den Weg in das industrielle Umfeld umzusetzen, mussten sowohl Bedienkonzepte vereinfacht und weiterentwickelt werden als auch ein wirtschaftlicher und gut vereinzelter Massenstrom bzw. die Skalierung des Sortiergutes erzielt sowie Optimierungen zur Sortierung kleinerer Größenklassen (< 50 mm Objektgröße) dargestellt werden. Zudem war es wichtig, weitere Schritte in Richtung Digitalisierung und Vernetzung für eine zukunftsfähige Technologie zu berücksichtigen und einzubeziehen.
Durch die kurze und intensive Projektdurchführung wurde innerhalb von zwei Jahren sichergestellt, dass durch die anschließende vielfache Reproduktion der Technologie die Hebung der Ressourceneinsparung auf breiter Basis erfolgen kann.
Mit dem Einsatz weiterer Anlagen auf deutschen oder europäischen Schrottplätzen ist, mit lediglich rund 5 Anlagen, bereits ein Energieeinsparvolumen von bis zu 1,5 Terrawattstunden möglich. Dies entspricht beim aktuellen deutschen Strommix einer CO2-Einsparung von bis zu 600.000 t. Diese Anzahl an Anlagen im Feld wird nach aktueller Auftragslage bereits Ende 2024 erreicht sein.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- Vortrag „parts2clean“ Messe
12.10.2022, Vortragender Leo Bahr, Messe parts2clean, Stuttgart
- Vortrag Fachausschuss Oberflächenbehandlung von Leichtmetallen
20.04.2023, Vortragender Leo Bahr, Fachausschusssitzung "Oberflächenbehandlung von Leichtmetallen", Hamburg



Fazit

Die erfolgreiche Umsetzung des geplanten Projektvorhabens markiert einen bedeutenden Meilenstein im Bereich des Recyclings von metallischen Wertstoffen. Die errichtete Anlage repräsentiert einen Durchbruch, da sie in der Lage ist, Wertstoffe auf Legierungsebene präzise zu sortieren und dabei Durchsätze von bis zu 8 Tonnen pro Stunde zu erreichen.
Die erzielten Ergebnisse und gesammelten Erfahrungen in diesem Projekt bilden nicht nur das Fundament für weitere Entwicklungsschritte und zukünftige Anlagenprojekte, sondern kommen schon jetzt der installierten Anlage bei OSR, einer weiteren installierten Anlage im Feld sowie drei weiteren in Planung befindlichen Anlagen zugute.
Die Entwicklungsfelder für die Zukunft sind klar definiert und umfassen insbesondere die weitere Modularisierung und Standardisierung des Systems. Dies ermöglicht eine einfache Integration zusätzlicher Module und die Verbreiterung des Messbands, um den Durchsatz weiter zu erhöhen.
Die erfolgreiche Projektumsetzung ermöglicht es erstmals die direkte Schließung von metallischen Wertstoffketten innerhalb Deutschlands und Europas im großen Maßstab ohne Downcycling. Dies fördert die regionale Kreislaufwirtschaft, reduziert die Abhängigkeit von externen Rohstoffquellen und erhöht gleichzeitig die Nachhaltigkeit in einer der energieintensivsten Branchen drastisch. Dies stärkt die Wettbewerbsfähigkeit der Branche, indem es Kosten senkt und gleichzeitig den ökologischen Fußabdruck minimiert.