MinSEM: Fahrzeug-Katalysatoren und Gläser dienen als Rohstoffquelle strategischer Metalle

„MinSEM“ recycelt strategische Metalle wie Platin und Lanthan aus verbrauchten Fahrzeug-Katalysatoren und aus optischen Flintgläsern. Die innovative Technologie umfasst den gesamten Prozess und soll anschließend industriell weiter erprobt werden. Auch die Reste des Recyclings haben die Projektpartner als Wertstoffe im Blick. 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.

Reservoir in den Schlacken

Seit Anfang der 1990er Jahre kommen in den EU-Ländern in allen Neufahrzeugen Katalysatoren zum Einsatz, die schädliche Abgase reduzieren. Diese Katalysatoren bestehen aus Komponenten mit wertvollem Gehalt: Metalle der Platingruppe wie Platin, Palladium und Rhodium sowie verschiedene anorganische Oxide. Für die Produktion der Autoabgas-Katalysatoren werden 31 Prozent der jährlichen Platin, 57 Prozent der Palladium, 84 Prozent der Rhodium und 17 Prozent der Cer-Produktion auf der Welt verbraucht. Recycling lohnt sich aus wirtschaftlichen und nachhaltigen Gründen.

Bei sämtlichen Recyclingverfahren für Autokatalysatoren, die heute weltweit großtechnisch betrieben werden, fallen große Mengen an Schmelzrückständen an. Diese Schlacken enthalten Edelmetalle sowie Cer und Lanthan aus der Gruppe der Seltenerdelemente.

Fundgrube optische Gläser

Optisches seltenerdhaltiges Glas für den Einsatz in der Brillenindustrie.

Optisches seltenerdhaltiges Glas für den Einsatz in der Brillenindustrie.

Fraunhofer ISC

Eine weitere Rohstoffquelle für das „MinSEM“-Team: Flintgläser, die als optische Linsen und Prismen mit hohem Brechungsindex in Objektiven oder Mikroskopen Verwendung finden. Auch in deren Reststoffen sind Seltene Erden in verwertbaren Größenordnungen verborgen. Die Gläser enthalten hohe Lanthan-Anteile von bis zu 40 Prozent ihres Gewichtes und stellen damit ein geeignetes Lanthan-Reservoir dar.

Bisher wurden diese wertvollen Elemente aus Gläsern und Fahrzeug-Katalysatoren nicht zurückgewonnen. Es fehlte schlicht eine adäquate Verfahrenskette dafür. Diese umfasst die Zerkleinerung des Ursprungsmaterials, das Recycling der Seltenen Erden und ihren Wiedereinsatz. Mit solch einer Kette, die „MinSEM“ erforscht, kann sich der Wertstoffkreislauf schließen.

Verschiedene Strategien

Die Projektbezeichnung „MinSEM“ bedeutet „Mineralische Rückstände enthaltend: Seltenerdelemente und Platingruppen-Metalle“. Für die Entwicklung und den Testlauf des effizienten Recycling-Verfahrens verfolgt das Team aus zwei Partnern von Forschungseinrichtungen und fünf Vertretern der Wirtschaft mehrere Ansätze parallel. Neben der klassischen Säurebehandlung werden auch Verfahren betrachtet, in denen Metalle gezielt über ein Trägergas separiert und anschließend durch Kondensation aufkonzentriert werden.

Darüber hinaus werden mit Hilfe neuartiger Komplexbildner, beispielsweise ionischen Flüssigkeiten, die einzelnen Metalle voneinander getrennt.

Vielfältiger Einsatzbereich

Schlackenmaterial

Schlackenmaterial aus dem Recyclingprozess von Autoabgaskatalysatoren.

Fraunhofer ISC

Die so gewonnenen Seltenerdmetalle können dann als Oxide zum Erschmelzen von Spezialgläsern und in metallischer Form als Rohstoff für die Herstellung von Hightech-Produkten wiederverwendet werden. Einsatzmöglichkeiten für zurückgewonnene Platingruppenmetalle bestehen unter anderem im Autokatalysator oder Elektronikbereich.

Die beim Recycling in großen Mengen anfallenden mineralischen Reststoffe soll zudem für die Produktion moderner Baustoffe verwendet werden. Darüber hinaus wird untersucht, wie der dem Recycling von Abgas-Katalysatoren zugrundeliegende Schmelzprozess ressourcen und energieeffizienter durchgeführt werden kann. Im Anschluss an das dreijährige Projekt sollen alle Verfahren im Industriemaßstab weiter erforscht und erprobt werden. Das Ziel: Die Forschungsergebnisse in die marktfähige Praxis zu überführen.