AgREE: Aus umweltfreundlichen Kathoden entstehen Silber und Nickel

Die wertvollen Rohstoffe Silber und Nickel gewinnt das Projekt „AgREE“ zurück. Dafür werden gebrauchte Kathoden recycelt. Diese hat das Unternehmen Covestro selbst entwickelt, um Energie im Produktionsprozessen zu sparen. Nun sollen auch die Materialien der Kathoden nachhaltig genutzt werden. 350 Tonnen Silber und 125 Tonnen Nickel sind theoretisch pro Jahr recycelbar. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe“ gefördert. „r4“ sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft.

Zentrifugalextraktoren

Zentrifugalextraktoren zur Herstellung von Nickelsalzen bei der hydrometallurgischen
Trennung von Silber und Nickel.

SJM

Neue Technologie nachhaltig nutzen

Chlor wird weltweit bei der Herstellung von etwa 70 Prozent aller chemischen Produkte als Zwischenprodukt benötigt. Hergestellt wird es meist durch die sehr energieintensive Natriumchlorid (NaCl)-Elektrolyse. Circa 80 Millionen Tonnen Chlor werden so jährlich erzeugt. Die Covestro Deutschland AG hat hierzu gemeinsam mit Partnern die energiesparende Sauerstoffverzehrkathoden-Technologie entwickelt. Zur weiteren Etablierung der SVK-Technologie ist die Entwicklung und Implementierung eines Recyclingprozesses für Silber, das circa die Hälfte der Elektrodenkosten ausmacht, von entscheidender Bedeutung. Wichtig dabei ist, dass das recycelte Silber in einer katalytisch aktiven Form anfällt, so dass es wieder für die Herstellung neuer SVK-Elektroden verwendet werden kann.

Um eine umfassende Wiederverwertung der SVKs zu erreichen, soll auch Nickel zurückgewonnen werden. Bei einem prognostizierten Marktanteil der NaCl-SVK-Elektrolyse von zehn Prozent in den nächsten fünf bis zehn Jahren, fallen rund 350 Tonnen Silber und 125 Tonnen Nickel pro Jahr aus zu recycelnden SVKs an. Diese Silbermenge entspricht 28 Prozent des deutschen Jahresbedarfs von circa 1.230 Tonnen.

Teflon behindert Recycling

Zurzeit gibt es dafür keinen Recycling-Prozess im technischen Maßstab. Die zentrale Herausforderung beim Recycling der SVK-Elektroden ist die vollständige Abtrennung des Polytetrafluoroethylens. Hierfür werden sowohl pyrolytische als auch pyrometallurgische Verfahren untersucht und Waschprozesse für feinste Teflon-Partikel erarbeitet.

Die zweite Herausforderung liegt in der möglichst vollständigen Trennung der Metallbestandteile Silber und Nickel. Das recycelte Silber soll für die Herstellung hochaktiver Katalysatoren für SVKs im technischen Maßstab verwendet werden können. Zwei Verfahren werden dazu parallel untersucht: die Elektroraffination und die hydrometallurgische Trennung. Bei der Elektroraffination soll in einer einzelnen Stufe ein Pulver aus Ag beziehungsweise Ag/Ag2O gewonnen werden, das direkt wieder zur Herstellung von SVKs eingesetzt werden kann. Neu bei der hydrometallurgischen Trennung ist die Erarbeitung eines NOx (Stickoxid)-freien Verfahrens für den Löseprozess von inhomogenen Silber/Nickellegierungen.

Silberreserven sind begrenzt

Silber-Pulver unter Mikroskop

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines Silber-Pulvers aus der Elektroraffination.

INEMET

Die weltweit vorhandenen Reserven an Silber belaufen sich auf rund 540.000 Tonnen. Im Jahr 2012 wurden rund 32.600 Tonnen Silber eingesetzt, wovon circa 24 Prozent aus Sekundärmaterial stammten. Die Silberreserven reichen also nach derzeitigem Stand für 23 Jahre – bei einem weiteren starken Anstieg des Bedarfs, insbesondere für Industrieapplikationen wie die Solarzellenherstellung, entsprechend kürzer. Für die für 2015 projektierte Solarzellenherstellung werden mehr als 3.100 Tonnen Silber benötigt, also etwa zehn Prozent des Gesamtbedarfs.

Auch beim Nickel kann es Versorgungsengpässe geben. Nickelsalze finden hauptsächlich Verwendung bei der Herstellung von Katalysatoren, der Batterieherstellung und in der Galvanotechnik. In 2009 musste Deutschland rund 80.000 Tonnen Nickel importieren. Aufgrund seines hohen Preises lag Nickel auf Platz neun der deutschen Rohstoffeinfuhren, hinter Erdöl, Erdgas, Kohle, Kupfer, Eisen und Stahl, Aluminium, Gold und Platin. Neben dem Import wird ein Teil des Bedarfs durch das Recycling von Edelstahlschrott gedeckt. Durch den hohen Exportanteil von Edelstahl, geht aber ein Großteil dem Recyclingkreislauf in Deutschland verloren.

Bei erfolgreicher Entwicklung des technischen Recycling-Prozesses im Rahmen des r4-Projekts AgREE werden zum einen katalytisch aktives Silber für neue SVK-Elektroden und zum anderen hochreine Nickelsalze für die Herstellung von Hydrierkatalysatoren produziert und vermarktet.