· Eco-Pump-Drive – Anwendungsentwicklung innovativer rohstoff- und energieschonender Umwälzpumpen für Heizungs-, Klimatisierungs-, Trinkwasser- und Solarkreisläufe 11

Vom Labor auf den MarktDie Fördermaßnahme „r+ Impuls“ setzt Impulse für industrielle Ressourceneffizienz

Vom Labor auf den MarktDie Fördermaßnahme „r+ Impuls“ setzt Impulse für industrielle Ressourceneffizienz

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Vom Labor auf den Markt

„r+ Impuls“ setzt Impulse für industrielle Ressourceneffizienz

Innovationen, die den Umbau der deutschen Wirtschaft zu einer Green Economy betreiben, beginnen mit einer großen Idee. In den Laboren der deutschen Forschungsinstitute und Unternehmen werden diese Ideen geboren und erprobt. Bevor sie genutzt werden können, brauchen sie eine wissenschaftlich fundierte Weiterentwicklung im industriellen Maßstab. In Prototyp- und Referenzanlagen erfolgt die Prüfung auf technische und wirtschaftliche Machbarkeit.

Diesen entscheidenden und riskanten Schritt vom Labor auf den Markt unterstützt die Fördermaßnahme „r+Impuls – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). So können ressourceneffiziente Innovationen für eine Green Economy schnell da ankommen, wo sie die Markt- position der Unternehmen und den Hightech- Standort Deutschland stärken.

„r+Impuls“-Projekte schaffen Gewinn für Unternehmen und Umwelt

• r+Impuls fördert gezielt innovative Technologien zur Ressourceneffizienz, die wissenschaftlich erprobt sind und den Schritt in die industrielle Anwendung wagen.

• r+Impuls zielt auf eine Steigerung der Material- und Energieeffizienz in rohstoffintensiven Branchen; die Rückführung hochwertiger Wertstofffraktionen aus Abfallströmen; auf Recycling und Substitutionstrategischer Rohstoffe und die stoffliche Nutzung von CO2.

• r+Impuls adressiert Unternehmen sowie deren Verbünde mit Forschungseinrichtungen und Hochschulen.

• r+Impuls ist Anfang 2016 gestartet. Alle aktuellen Informationen zur Fördermaßnahme auf: www.r-plus-impuls.de; www.fona.de.

• r+Impuls ist ein Beitrag des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) zumRahmenprogramm „Forschung für Nachhaltige Entwicklung“ (FONA3), zur Leitinitiative „Green Economy“und zur Hightech-Strategie der Bundesregierung

Die Projekte der Fördermaßnahme „r+Impuls“

Inhaltsverzeichnis

aha – Auftragschweißen mit alternativen Hartstoffen 5

Circular Packaging – Demonstrationsanlage zum Recycling von post-consumer Verpackungs- und Verbundabfällen zu gereinigten Rohstoffen für hochwertige Packstoffe 7

DreamCompoundConti – Ressourceneffizientes Verfahren zur Herstellung eines neuen Hochleistungsthermoplasten 9

Eco-Pump-Drive – Anwendungsentwicklung innovativer rohstoff- und energieschonender Umwälzpumpen für Heizungs-, Klimatisierungs-, Trinkwasser- und Solarkreisläufe

11

Edelmetalladsorber – Rückgewinnung von Edelmetallen aus Reststoffströmen der metallverarbeitenden Industrie mit Hilfe von faserfixierten Adsorbern 13

EKALGU – Automatisierte Einblasanlage zur kalkbasierten Entschwefelung und Legierungs- einstellung von Gusseisen 15

EZiRec – Effizientes Zinn-Recycling aus Abfallprodukten der Leiterplattenfertigung 17

HERA – High-Efficiency-Rework-Apparatus 19

Innovative und umweltfreundliche, auf Fluor(F2)-basierte Reinigungsprozesse als Ersatz für NF3 und PFCs in der Halbleiterindustrie 21

IMPROVE – Anwendungsentwicklung innovativer Leistungselektronik für die Rohstoff- und Energieoptimierung von Umwälzpumpen 23

IVAN – Aufbau und Erprobung von Anlagen zur Herstellung von Kontaktwerkstoffen der Nieder-spannungstechnik mit reduziertem Silbergehalt über Innovative Verbindungs- und Aufbautechnik 25

KOMPASS – Kontinuierliche Öl- und Metallrückgewinnungs-Prozessanlage für Schlämme und Späne

27

MAREMO – Materialeffizienter Leichtbau für eine ressourceneffiziente Mobilität29

PLUS – Pilotanlage zur lasergestützten Sortierung von Sonderlegierungen31

Production Dreams – Kontinuierlicher Verfahrensschritte zum Hochskalieren der Produktion von Polyethercarbonatpolyurethanen mit kovalent gebundenem Kohlenstoffdioxid

35 r+TeTra – Technologietransferprojekt

ReeL – Ressourceneffiziente Herstellung von Lederchemikalien 37

Re-Mining – Anlage zur Wertstoffgewinnung aus sulfidischen Spülhalden und deren umweltgerechte Sanierung 39

41

Schmelzinjekt-II – Vollständige Verwertung von zink-haltigen Filterstäuben durch Schmelzbadinjektion

STRATEGO – Bau und Betrieb einer HMVA-Aufbereitungsanlage zur Maximierung der Rückgewinnung von strategischen Metallen unter Optimierung der Verwertbarkeit der dabei erzeugten Mineralikfraktionen 43

33

aha – Auftragschweißen mit alternativen HartstoffenStark abrasiv beanspruchte Verschleißteile benötigen eine Schutzschicht aus aufgeschweißten Hartstoffen. Das Projekt „aha“ entwickelt innovative, keramikbasierte Alternativen zu derzeit verwendeten schwer verfügbaren und kostenintensiven Wolframkarbiden. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für indust-rielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Verschleißwiderstand durch Wolframkarbide Stark beanspruchte Bauteile – beispielsweise Schaufelräder von Tagebaubaggern oder Bohrwerkzeuge bei der Erdölgewinnung – benötigen eine Schutzschicht aus Hartstoffen, um vorschnelle Verschleißerscheinungen zu vermeiden. Hierfür werden Wolframkarbide eingesetzt, die mittels Auftragschweißen aufgebracht werden. Das derzeitige Beschichtungssystem besteht neben Wolframkarbid meist aus Nickel als Matrixwerkstoff, und es erfordert konventionelle Geräte der Schweißtechnik. Wesentliche Veränderungen dieses Systems erfordern eine grundlegende Überarbeitung aller drei Komponenten, was eine beträchtliche Herausforderung ist. Die Entwicklung von funktionalen, innovativen Konzepten verlangt die Kombination von werkstoffwissenschaftlichen, physikalischtechnischen sowie technologischen Ansätzen. Das Projekt „aha“ hat sich zur Aufgabe gemacht, eine wolfram freie Auftragschweißlegierung zu entwickeln, die auf günstigeren und gut verfügbaren Hartstoffen basiert.

Allein in Deutschland werden jährlich 300 Tonnen Wolfram für die thermische Beschichtung benötigt. Dieser strategische Werkstoff ist jedoch nur sehr begrenzt verfügbar und unterliegt dadurch starken Preisschwankungen.

Innovative Keramik-basierte HartstoffeIm Rahmen des Vorgängerprojektes „SubsTungs“ wurde ein alternatives System aus keramikbasierten Hartstoffen in Verbindung mit eisenhaltigen Matrices entwickelt. Die Funktionsweise wurde in labortechnischen Untersuchungen nachgewiesen. Auf diese Weise wird der Einsatz von Wolfram und Nickel vermieden. Herausforderungen sind die metallische Einbindung der Keramik in die Matrix sowie das Aufschwimmen der leichten Keramikpartikel im verwendeten Schmelzbad.

Im Labor bereits bestätigte Lösungsansätze sollen im Projekt „aha“ nun zur Industriereife gebracht werden. Unter anderem ermöglicht die Einführung von Zwischenschichten eine bessere Einbindung der Keramik. Außerdem müssen

konventionelle Anlagen für das Auftragschweißen um einen Partikelbeschleuniger ergänzt und damit in die Lage versetzt werden, auch leichtere Keramiken zu verarbeiten.

Angestrebt wird die Entwicklung von innovativen Hartstoff MatrixSystemen für zwei Beschichtungstechnologien, dem Plasmapulver sowie dem FülldrahtAuftragschweißen. Neben weiteren Laboruntersuchungen zur genauen Charak terisierung der Schichtsysteme soll eine Anlage gebaut und erprobt werden.

Keramik statt Wolfram: Auftragschweißen mit kostengünstigen alternativen Werkstoffen.

Aus dem Labor in die IndustrieAls Projektkoordinator bringt die Firma DURUM Verschleiß schutz GmbH ihre über 30jährige Erfahrung mit Schweißwerkstoffen und Beschichtungsanlagen in das Projekt „aha“ ein. Das Unternehmen übernimmt die Entwicklung und Herstellung der Werkstoffe und erstellt ein Verfahren zum PlasmapulverAuftragschweißen.

Projektpartner ist die Firma Impuls Verschleißtechnik GmbH, die verschleiß und korrosionsbeständige Auftragschweißungen für gepanzerte Bauteile herstellt. Sie wird eine Beschichtungsanlage für FülldrahtAuftragschweißungen fertigen.

Die Brandenburgische Technische Universität Cottbus Senftenberg übernimmt als wissenschaftlicher Forschungspartner aus der Schweiß und Beschichtungstechnik die theoretische und versuchstechnische Begleitung des Projekts.

Fördermaßnahmer+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz

Projekttitelaha – Auftragschweißen mit alternativen Hartstoffen

Laufzeit01.08.2018–31.07.2021

Förderkennzeichen033R202

Fördervolumen des Verbundes627.135 Euro

KontaktDr.-Ing. Frank SchreiberDURUM Verschleißschutz GmbHCarl-Friedrich-Benz-Str. 7, 47877 WillichTel.: +49 2154 4837-15E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerImpuls Verschleißtechnik GmbH

Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg

Internetwww.r-plus-impuls.de

HerausgeberBundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Referat Ressourcen, Kreislaufwirtschaft; Geoforschung, 53170 Bonn

Redaktion und GestaltungProjektträgerschaft Ressourcen und NachhaltigkeitProjektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH

BildnachweisDURUM Verschleißschutz GmbH

StandOktober 2018

www.bmbf.de

Circular Packaging – Demonstrationsanlage zumRecycling von post-consumer Verpackungs- undVerbundabfällen zu gereinigten Rohstoffen für hoch-wertige PackstoffeKunststoffverpackungen basieren zunehmend auf Mehrschichtlaminatfolien, die hochwertige Füllgüter vor Licht und Sauerstoff schützen. Sie haben jedoch den Nachteil, dass sie derzeit nicht recycelt werden können. Mit dem CreaSolv® Prozess des Projekts „Circular Packaging“ kann ein Großteil der Laminatkunststoffe verwertet werden. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Geringe Recyclingfähigkeit von VerpackungenDurch zunehmende Ansprüche an den Schutz von Gütern und Produkten sowie an lange Mindesthaltbarkeiten müssen Lebensmittel- und Konsumgüterverpackungen heute vielseitigen Anforderungen entsprechen. Diese werden im Verpackungsdesign durch komplexe Systeme verschiedener Materialien realisiert, beispielsweise durch mehrschichtige Kunststofflaminate.

Verpackungsgestaltung und verwendete Materialen haben allerdings direkte Auswirkungen auf alle Schritte der Verpackungsentsorgung und die notwendige Verfahrens-technik im Recycling. Die häufig eingesetzten Mehrschicht-laminate aus nicht kompatiblen Polymeren (zum Beispiel PE/PA oder PP/PET) waren nicht recyclingfähig, da die effiziente Trennung der Verbundmaterialien nicht möglich war.

Gleichzeitig steckt das neue Verpackungsgesetz anspruchs-volle Ziele: Die Recyclingquote für Kunststoffverpackungen soll von heute 36 Prozent auf 63 Prozent im Jahr 2022 anwachsen. Dies stellt die Recyclingbranche vor große technologische Herausforderungen, da viele bestehende Aufbereitungsanlagen nur Verpackungen aus Kunststoff-monomaterialien recyceln können. Mehrschichtlaminate aus Haushaltsabfällen werden daher thermisch verwertet, also verbrannt statt wiederverwendet.

Der CreaSolv® Prozess liefert die LösungIn der Vergangenheit wurden innovative Verfahren wie der CreaSolv® Prozess entwickelt, welche die Verbund-trennung von Mehrschichtlaminaten ermöglichen. Diese Ansätze sind am Markt aber noch weitgehend unbekannt

und stehen aufgrund fehlender oder zu geringer Anlagen- kapazitäten noch nicht als Branchenlösungen zur Verfügung. Begründet wird dies mit der hohen Investitionssumme für diese Art von Recyclinganlagen und dem Investitionsrisiko junger Technologien.

Doch die Technologie hat sich weiterentwickelt und in enger Kooperation mit einem global agierenden Hersteller von Konsumgütern des täglichen Bedarfs inzwischen den gesicherten Pilotanlagenmaßstab (TRL 5) erreicht. Zudem besteht eine solide Datenlage zur hohen Qualität der aus Mehrschichtverpackungen erstellten Polyolefin-Recyclate. Das Projekt „Circular Packaging“ soll die Wirtschaftlich-keit und das Potenzial dieser Technologie aufzeigen.

„Circular Packaging“ erarbeitet eine Strategie, um die geringe Recyclingfähig-keit von Lebensmittelverpackungen zu erhöhen.

Dazu wird in der ersten Projektphase eine komplett ver- schaltete Pilotanlage mit einer nominellen Verarbeitungs-kapazität von etwa 5 m³ Kunststoffabfall pro Tag am Standort der Lober GmbH & Co. Abfallentsorgungs KG gebaut. Ziel der Anlage ist die hochwertige stoffliche Ver-wertung von Polyolefinen (PE und PP) aus derzeit ener-getisch verwerteten Abfallfraktionen mit einem großen Anteil an Mehrschichtverpackungslaminaten. Die Anlage wird in einer Testkampagne im Dauerbetrieb geprüft, um die Wirtschaftlichkeit und Rohstoffeffizienz des Prozesses zu belegen.

In der zweiten Projektphase erfolgt ein Upscaling der Anlagentechnik um den Faktor 15 zu einer industriell ein-setzbaren Demonstrationsanlage. Diese Anlage geht in der dritten Projektphase in den Demonstrationsbetrieb über.

Mit Teamarbeit zum ErfolgDie Projektkoordination übernimmt die Lober GmbH & Co. Abfallentsorgungs KG, die als künftiger Betreiber der ersten CreaSolv®-Anlage* in Deutschland auftritt. Das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpa-ckung IVV aus Freising hat das Recyclingverfahren ent-wickelt und den Scale-up aus der Forschungsumgebung in den technischen Maßstab durchgeführt. Die LÖMI GmbH liefert Anlagen für lösungsmittelbasierte Fertigungs-prozesse und hat gemeinsam mit dem Fraunhofer IVV Prozessaggregate für den gesicherten Pilotanlagenmaßstab entwickelt.


ProjekttitelCIRCULAR PACKAGING – Demonstrationsanlage zum Recycling von post-consumer Verpackungs- und Verbundabfällen zu gereinigten Rohstoffen für hochwertige Packstoffe

Laufzeit01.11.2018–31.10.2021


Fördervolumen des Verbundes3.117.000 Euro

KontaktUlrich WeigLober GmbH & Co. Abfallentsorgungs KG Industriestr. 4, 92431 Neunburg vorm WaldTelefon: +49 9672 9201-23E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerFraunhofer-Institut Verfahrenstechnik und Verpackung IVV

LÖMI GmbH



Redaktion und GestaltungProjektträgerschaft Ressourcen und Nachhaltigkeit Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH

Bildnachweis© Fraunhofer IVV

StandOktober 2018

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Der CreaSolv®-Prozess ermöglicht das Recycling von Verpackungen aus Mehrschichtlaminaten.

*CreaSolv® ist eine eingetragene Marke der CreaCycle GmbH

DreamCompoundConti – Ressourceneffizientes Verfahren zur Herstellung eines neuen HochleistungsthermoplastenEin neuer Hochleistungskunststoff kann die Nachhaltigkeit und Leistungsfähigkeit von Produkten in Bereichen wie Luft- fahrt und Automobil deutlich erhöhen. In „DreamCompoundConti“ wird der Labormaßstab auf einen kontinuierlichen Prozess überführt. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourcen-effizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Produktion eines neuen HochleistungsthermoplastsDie Materialpalette, auf die Ingenieure zurückgreifen können, ist in den vergangenen Jahren deutlich breiter geworden. Kunststoffe als Matrixmaterial in Kompositen spielen beispielsweise im Flugzeugbau eine wichtige Rolle. Derzeit erfüllen jedoch nur sehr wenige dieser Materialien die spezifischen Anforderungen, zudem sind ihre Herstell-verfahren sehr energie- und ressourcenintensiv.

Die Projektpartner von „DreamCompoundConti“ entwickelten einen neuen Kunststoff (High Performance Thermo-plast, HPT), der bezüglich seiner Temperatur- und Chemi-kalienbeständigkeit sowie der mechanischen Eigenschaften anderen überlegen ist und nun durch einen systematischen Upscalingprozess zur Industriereife gebracht werden soll. Zudem hat er einen ressourcenschonenderen Syntheseweg als andere Hochleistungskunststoffe.

Schlanker ProduktionsprozessEine Besonderheit von HPT ist, dass dieser Kunststoff auf sehr gut zugänglichen Basischemikalien beruht. Diese werden ohnehin eingesetzt – beispielsweise für die Produktion von Schaumstoffen – und müssen somit nicht eigens her-gestellt werden.

Ein neuartiges Katalysatorsystem ermöglicht aus diesen Basischemikalien nun erstmalig die Herstellung von thermo-plastischem HPT, einem modifizierten und besonders stabilen Polyurethansystem. Dabei werden im gesamten Prozess CO2-Emissionen und Energie eingespart, weil im Vergleich zur Produktion herkömmlicher Hochleistungs-thermoplasten aufwändige Prozessschritte entfallen. Im Vergleich zu am Markt verfügbaren Produkten ergeben sich messbare Ressourceneinsparmöglichkeiten: Ein erstes Life Cycle Assessment der RWTH Aachen University für den industriellen Herstellungsprozess zeigt, dass bei der

Produktion von HPT im Vergleich zu ähnlichen Thermo-plasten mehr als 20 Prozent weniger Treibhausgase aus-gestoßen werden. Gleichzeitig kommt das neue kontinuierliche Verfahren mit weniger Lösungsmitteln aus. Im Vergleich zu konventionellen Prozessen wird daher eine deutlich bessere Ökobilanz erwartet.

Partner für mehr RessourceneffizienzAm Projekt beteiligt ist der Lehrstuhl für Technische Thermodynamik (LTT) der RWTH Aachen University. Ein besonderer Fokus des LTT liegt auf der ökologischen Bewertung neuartiger Produktionsprozesse für innovative Kunststoffe, was im Fall von „DreamCompoundConti“ im Rahmen einer Lebenszyklusanalyse umgesetzt wird.

Der Lehrstuhl für Technische Chemie/Mehrphasenre-aktionstechnik der TU Berlin forscht auf dem Gebiet der chemischen Reaktionstechnik, insbesondere zur Reaktions-kinetik, zu Reaktoren und Verfahrenskonzepten sowie

„DreamCompoundConti“ – Entwicklung eines ressourcen- und energie- sparenden Verfahrens zur Synthese eines Hochleistungsthermoplasts.

zur Technologiebewertung. Der Lehrstuhl steuert eine umfassende technoökonomischen Analyse zum Projekt bei und unterstützt bei der Identifikation und Erprobung neuartiger Anwendungen.

Als unabhängiges, industrienahes Forschungs-, Techno- logie-, Prüf- und Weiterbildungszentrum trägt das Kunst-stoff-Zentrum in Leipzig einen großen Teil zur Produkt-entwicklung bei, indem es den Materialtest und Teile der ökonomischen Analyse übernimmt. Die Airbus SE als größter europäischer Flugzeughersteller beteiligt sich ebenfalls am Materialtest.

Die Covestro Deutschland AG als eines der weltweit größten Polymer-Unternehmen erarbeitet schwerpunktmäßig ein kontinuierliches Produktionsverfahren und treibt als Koordinator des Projektes die Anwendungsentwicklung voran.


ProjekttitelDreamCompoundConti – Ressourceneffizientes Verfahren zur Herstellung eines neuen Hochleistungsthermoplasten

Laufzeit01.08.2018–31.07.2021



KontaktDr. Carsten Koopmans Covestro Deutschland AGTel.: +49 214 6009-5129E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerRWTH Aachen University

Technische Universität Berlin

Kunststoff-Zentrum Leipzig

Airbus SE (assoziierter Partner)




BildnachweisCovestro Deutschland AG

StandOktober 2018

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HPT – ein neuer Thermoplast mit hervorragendem Hochleistungsverhalten.

Eco-Pump-Drive – Anwendungsentwicklung innovativer rohstoff- und energieschonender Umwälzpumpen für Heizungs-, Klimatisierungs-, Trinkwasser- und SolarkreisläufeSie vollbringen ihr Werk im Verborgenen in nahezu jedem Haushalt und jedem Bürogebäude: Umwälzpumpen für Heizung, Trinkwasser und Solaranlagen. Effizient, doch bisher kaum ressourcenschonend – denn ihr Motor enthält Seltene Erden. Auf diese verzichtet „Eco-Pump-Drive“ vollständig und spart damit Rohstoffe und Energie. Das Projekt wurde im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Millionen-Markt in EuropaIn einem durchschnittlichen Haushalt gibt es drei Umwälzpumpen für Wärme, Wasser und Energie. Ein Flughafen benötigt bis zu 40.000 davon. Die Zahl der Um-wälzpumpen, die in Europa im Einsatz sind, beläuft sich auf rund 140 Millionen. Die Allrounder, die Heizungs-, Trinkwasser- und Solaranlagen am Leben halten, werden von Motoren betrieben, deren Magnete aus Neodym- Eisen-Bor oder Samarium-Kobalt bestehen. Diese Seltenen Erden kommen weltweit nur begrenzt vor. Etwa zehn Jahre beträgt die Lebensdauer der Motoren. Damit liegt die Zahl der Pumpen, die jedes Jahr neu in Europa gebraucht werden, bei rund 14 Millionen Stück.

„Eco-Pump-Drive“ erschließt für diesen Markt eine grüne Innovation: Das Projektteam entwickelte neue elektrische Antriebskonzepte für Umwälzpumpen, deren Magnete frei von Seltenen Erden sind. Sie sind zudem leistungsfähig und in hohem Maße energieeffizient. Der Schlüssel zur neuen ressourcenschonenden Technologie ist das Prinzip des Synchron-Reluktanzmotors, das in einem höheren Leistungs-bereich bereits etabliert ist. Der Projektkoordinator, das Unternehmen KSB, hat diesen Synchron-Reluktanzmotor für industrielle Pumpenanwendungen zur Marktreife ent - wickelt. Im Verbund mit dem Kompetenzzentrum Mecha-tronische Systeme an der Hochschule Kaiserslautern arbeiten die Expertinnen und Experten nun daran, das Reluktanz-prinzip auf die Ansprüche von Umwälzpumpen für den Hausgebrauch und für Gewerbeanlagen anzupassen. Nach dieser Anpassung kann die Innovation von „Eco-Pump-Drive“ in die serielle Produktion gehen.

Prototypen bis ins DetailDas dreijährige Projekt gliederte sich in mehrere Entwick-lungsphasen: Zunächst wurde der Motor exakt elektro-magnetisch ausgelegt. Dann folgten die Konstruktion des Antriebs sowie ein Entwurf und die Implementierung der entsprechenden Ansteuer-Algorithmik. Nach dieser Detail-arbeit bauten die Expertinnen und Experten verschiedene Prototypen, die ihren Testlauf im Labor zu bestehen hatten, bevor sie in die industrielle Demonstration gingen.

Technologie, die ressourcenschonend ohne Seltene Erden auskommt: Um-wälzpumpe aus dem Projekt „Eco-Pump-Drive“.

Doppeltes Know-howDie beiden Partner des Projekts „Eco-Pump-Drive“ brachten ihre unterschiedlichen Expertisen ein: Der KSB-Unter-nehmensbereich „Elektrische Antriebe und Automation“ entwickelt, integriert und produziert elektrische Antriebe und Regelungssysteme für Pumpen und hydromechatro-nische Systeme. Das Kompetenzzentrum „Mechatronische Systeme“ der Hochschule Kaiserslautern beschäftigt sich in seinen Laboren insbesondere mit Expertisen für hydro-mechatronische Systeme sowie elektrische Maschinen, Antriebe und Leistungselektronik.

Vorläufige ErgebnisseDie Entwicklungsphasen wurden erfolgreich abgeschlossen. Auf Basis der festgelegten Spezifikation wurde eine Com-putersimulation zur Entwicklung und Optimierung von Synchron-Reluktanzmotoren für Pumpenanwendungen im kleinen Leistungsbereich aufgebaut. Die Auslegung erfolgte mit dem Ziel, eine möglichst ressourcenschonen-de und gleichzeitig möglichst energieeffiziente Maschine zu entwickeln. Dem Projektteam gelang es, die Leistungs-klasse der Synchron-Reluktanzmotoren zu signifikant kleineren Leistungen hin zu erweitern, ohne dabei Selten- erdmagnete einsetzen zu müssen. Zum Nachweis der Funktionsfähigkeit hat die Hochschule Kaiserslautern eine Versuchs- und Demonstrationsanlage errichtet. Der ent wickelte Prototyp wies das gewünschte Betriebs-verhalten auf, auftretende Herausforderungen hinsicht-lich der mechanischen Stabilität sowie der Motorregelung wurden gelöst.

Derzeit arbeiten die Projektpartner an einer weitergehenden Optimierung, um die Ressourcen- und Energieeffizienz von Umwälzpumpen noch zu steigern. Dafür reicht die alleinige Betrachtung des Elektromotors allerdings nicht mehr aus. Ein erster Schritt ist, den Betrachtungshorizont zu erweitern: von der einzelnen Komponente hin zum gesamten Pumpenaggregat, bestehend aus Frequenz-umrichter, elektrischer Maschine und Pumpenhydraulik. Erste durchgeführte Berechnungen belegen diesen Ansatz und zeigen ein hohes Optimierungspotenzial, das aller Voraussicht nach auch auf vergleichbare Anwendungen übertragbar ist.


ProjekttitelEco-Pump-Drive – Anwendungsentwicklung innovativer rohstoff- und energieschonender Umwälzpumpen für Heizungs-, Klimatisierungs-, Trinkwasser- und Solarkreisläufe

Laufzeit01.01.2016–31.12.2018



KontaktDr. Jochen Schaab KSB SE & Co. KGaAJohann-Klein-Str. 9, 67227 Frankenthal (Pfalz)Tel.: +49 172 7470049E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerHochschule Kaiserslautern


HerausgeberBundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)Referat Ressourcen, Kreislaufwirtschaft; Geoforschung, 53170 Bonn

Redaktion und Gestaltung Projektträgerschaft Ressourcen und NachhaltigkeitProjektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH BildnachweisKSB

StandOktober 2018

www.bmbf.de

Edelmetalladsorber – Rückgewinnung von Edelmetallen aus Reststoffströmen der metallverarbeitenden Industrie mit Hilfe von faserfixierten AdsorbernTextilien, die kostbare Metalle aus industriellen Abwässern filtern und wieder wirtschaftlich nutzbar machen: Das Projekt „Edelmetalladsorber“ setzt auf neuartige Fasern, die Palladium, Platin und Gold als Ressourcen im industriellen Maßstab zurückgewinnen. Das Projekt wurde im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Gold und Palladium im WasserIndustrielle Prozessabwässer sind bedeutende Wertmetallquellen. Der Bedarf an innovativen Technologien, die hochwertige Edelmetalle wie Platin, Gold, Palladium und Silber aus diesen Quellen zurückgewinnen, liegt auf der Hand: Ebenso wie die strategischen Metalle Indium, Gallium, Niob, Tantal und Seltene Erden werden sie für den HightechStandort Deutschland benötigt.

Bisher existieren unterschiedliche Methoden für die Rückgewinnung und Aufarbeitung von Metallen aus Prozesswässern. Dazu gehören unter anderem das Verwenden von Ionenaustauschern, diverse Fällungsverfahren, elektrolytische Verfahren und die pyrometallurgische Metallrückgewinnung. Ihre Nachteile sind ein hoher Energiebedarf sowie der Einsatz von organischen Lösemitteln und weiteren Hilfschemikalien. Auch sind die meisten dieser Verfahren nicht ausreichend selektiv: Die Edelmetalle können also nicht in Reinform zurückgewonnen werden. Damit erweisen sie sich als unwirtschaftlich, vor allem für gering konzentrierte Prozess und Spülwässer. Die Folge: Wertvolle Ressourcen gehen verloren.

Das „Goldene Vlies“Durch das am Deutschen Textilforschungszentrum NordWest entwickelte Verfahren können Polyelektrolyte dauerhaft und in hoher Auflage an textilen Trägermaterialien, sogenannten Adsorbertextilien, fixiert werden. Polyelektrolyte sind organische Verbindungen, die unterschiedliche Metallionen binden. Das Textil selbst besteht aus Polyester und Polyvinylamin – preiswerten Grundmaterialien, die sich effizient kombinieren lassen.

Damit ist es in der Lage, unterschiedliche Edelmetalle – insbesondere auch aus niedrig konzentrierten Prozesswässern der metallverarbeitenden Industrie – herauszufiltern. Ihre

Praxistauglichkeit haben die innovativen Fasern bereits beim Probefiltern eines Industriewassers mit Palladiumgehalt bewiesen: Sie banden das Palladium vollständig an sich. Die nachfolgende Verhüttung lieferte das reine Edelmetall.

Praxistest IndustrieAnknüpfend an diesen Probelauf erhöhte das Projekt den technologischen Reifegrad des Verfahrens. Das Adsorbertextil ging in die industrielle Produktion und wurde zum Filtern industriellen Abwassers bei einem Leiterplattenhersteller eingesetzt.

Im Anschluss soll das Konzept auf weitere ungenutzte Edelmetallquellen übertragen werden. Damit eröffnen die innovativen Adsorbertextilien neue Wege, wichtige Ressourcen effizient und kostengünstig zurückzugewinnen, auch in bisher unwirtschaftlichen Bereichen. Gleichzeitig kann die branchenübergreifend nutzbare Technologie einen erheblichen Beitrag zum Umweltschutz leisten.

Filter-Fasern für wertvolle Metalle: Das Adsorbertextil nimmt Palladium auf, das anschließend wiederverwertet werden kann.

Für einen industriellen Praxistest braucht das Verfahren den starken Verbund entlang der gesamten Wertschöpfungskette: Heimbach Filtration sorgt für die Textilherstellung, Textilausrüstung Roessing übernimmt die Ausrüstung und Konfektionierung, die Cornelsen Umwelttechnologie verantwortet den Anlagenbau für die Filtereinheit. Der Leiterplattenhersteller Unimicron Germany setzt das Textil für seine industriellen Wässer ein, die Firma Wieland Edel metalle übernimmt das abschließende Recycling der Edelmetalle.

ErgebnisseIn Zusammenarbeit mit den Partnern wurde die Machbarkeit des Gesamtkonzepts unter industriellen Bedingungen am Beispiel der Rückgewinnung von Palladium aus Prozesswässern der Leiterplattenindustrie nachgewiesen. Das Geschäftsmodell des Konsortiums sieht sowohl stationäre als auch mobile Filtermodule vor, die beim Kunden vor Ort edelmetallhaltige Prozesswässer abreichern. Dabei wird das wertstoffbeladene Textil in eine wertvolle Metalllösung überführt, die entweder in den Produktionsprozess zurückgeführt oder dem Kunden vergütet wird.

Zudem wurde nachgewiesen, dass sich das entwickelte Adsorbertextil auch für andere Fälle der selektiven Edelmetallrückgewinnung sowie bei der Adsorption von umweltproblematischen Metallen wie Chrom, Arsen oder Cadmium aus niedrigkonzentrierten Wässern einsetzen lässt. Daraus ergeben sich für die Partner weitere vielversprechende Arbeitsfelder.

Das innovative Adsorbertextil ist schon heute konkurrenzfähig bei der Rückgewinnung von wertvollen Edelmetallen, wobei neben der Wertschöpfung auch ein wesentlicher Beitrag für den schonenden Umgang mit Ressourcen im Sinne der Kreislaufwirtschaft geleistet wird. Zukünftig soll das Konzept auf unterschiedlichste Branchen ausgeweitet werden. Dabei wird auch die Möglichkeit betrachtet, die erarbeitete Technik bei der Gewinnung von Primärrohstoffen – etwa aus Sickerwässern im Bergbau oder aus Oberflächengewässern – zu nutzen.


ProjekttitelEdelmetalladsorber – Rückgewinnung von Edelmetallen aus Reststoffströmen der metallverarbeitenden Industrie mit Hilfe von faserfixierten Adsorbern

Laufzeit01.01.2016–30.06.2018



KontaktDr. Bert Gilleßen Heimbach Filtration GmbHAn Gut Nazareth 73, 52353 DürenTel.: +49 2421 802-423E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerDTNW Deutsches Textilforschungszentrum Nord-West gemeinnützige GmbH Textilausrüstung Roessing GmbH

Cornelsen Umwelttechnologie GmbH Unimicron Germany GmbH

Wieland Edelmetalle GmbH



Redaktion und Gestaltung Projektträgerschaft Ressourcen und NachhaltigkeitProjektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH BildnachweisDr. Klaus Opwis, DTNW

StandOktober 2018

www.bmbf.de

EKALGU – Automatisierte Einblasanlage zur kalkbasierten Entschwefelung und Legierungs- einstellung von GusseisenDas Projekt „EKALGU“ ersetzt in der Gusseisenproduktion das wertvolle Magnesium durch Kalk. Dafür verwendet es ein neues, ressourcen- und kostensparendes Einblasverfahren. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die inno-vative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Kalk statt MagnesiumIm modernen Automobil- und Maschinenbau spielen hochwertige Gusseisenprodukte mit Kugel- oder Vermi kular- graphit eine wichtige Rolle. Nahezu 40 Prozent der deutsch-landweiten Gusseisenproduktion – rund 1,5 Millionen Tonnen – entfallen jährlich auf diese Produkte, die spezifische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Zähigkeit und Wärmeleitfähigkeit vereinen. Dafür wird das flüssige Gusseisen mit einer Magnesiumbehandlung entschwefelt, damit sich in einem zweiten Schritt der Graphit kugel- förmig oder würmchenförmig (vermikular) ausbilden kann.

Bisher geschieht diese Entschwefelung mit Magnesium, das nach der Behandlung nicht zurückgewonnen werden kann. Das Projekt „EKALGU“ will den wertvollen Rohstoff durch Kalk ersetzen, der besser verfügbar und kosten-effizienter ist. Basierend auf einer Vorgängerforschung entwickeln die Partner eine Anlage, die kalkhaltige Ent-schwefelungsmittel direkt in die Schmelze der Gusseisen-produktion einbläst.

Vorteile des EinblasverfahrensDas Einblasverfahren ist eine Innovation in der Gießerei- Industrie und bietet zahlreiche Vorteile. Das Verdrahten, also das Einfüllen des Magnesiums in einen Hohldraht, ist dadurch nicht mehr notwendig. Die Zugabe des Entschwe-felungsmittels lässt sich dennoch zeitabhängig regeln und automatisiert durchführen. Das „EKALGU“-Vorgänger-projekt wies die Machbarkeit der Entschwefelung von Gusseisen durch kalkbasierte Mittel im Labor-, Technikums- und Industriemaßstab nach. Im jetzigen dreijährigen Vorhaben erfolgt der Praxistest in der industriellen Anwendung. Das Projekt unterteilt sich in zwei Phasen: Zunächst wird die bestehende Technik um eine Pilotanlage zum Einblasen von feinkörnigen Stoffen ergänzt. Dann folgen Prototypversuche; die Qualität des Gusseisens und

der anfallenden Schlacke werden beurteilt. In Phase zwei errichten die Forschungspartner eine Demonstrations-anlage und starten den Produktionsbetrieb parallel zur laufenden Produktion. Am Ende des Vorhabens stehen die Analyse der ökologischen und ökonomischen Vorteile und die Entwicklung einer Vermarktungsstrategie.

Know-how aus Industrie und ForschungDie Fritz Winter Eisengießerei GmbH hat als größte deutsche Eisengießerei umfangreiche Erfahrungen mit der Herstellung von Vermikularguss. Die hauseigene Forschungsabteilung unterstützt das Vorhaben maß-geblich. Als Projektkoordinator arbeitet das Unternehmen mit zwei wissenschaftlichen Partnern zusammen: Die Univer sität Duisburg-Essen mit dem Lehrstuhl für Metal-lurgie der Eisen- und Stahlerzeugung verfügt über eine umfangreiche Ausstattung und vielfältige Erfahrungen auf dem Gebiet der Behandlung von Eisenschmelzen und der Erstarrung von Gusseisen. Das FEhS – Institut für Baustoff-Forschung e. V. ist spezialisiert auf die Erforschung und Verwertung von Schlacken aus der

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Gusseisen-Entschwefelung mit Kalk statt wertvollem Magnesium.

Eisen- und Stahlindustrie in anderen Industriebereichen. Die Expertinnen und Experten bringen ihr Fachwissen über die Vorgänge in Schlacken und über deren Verwer-tung in das Vorhaben ein.

Vorläufige ErgebnisseIn Industrieversuchen wurden unterschiedliche kalk-basierte Entschwefelungsmischungen erprobt. Die Analysen zeigen, dass ein zum Ziel gesetzter Endschwefel- gehalt von weniger als 0,015 Gewichtsprozent in der Guss-eisenschmelze reproduzierbar eingestellt werden kann. Besondere Berücksichtigung bei der Auswahl des Ent-schwefelungsmittels fanden wirtschaftliche, technische und umwelttechnische Faktoren.

Durch die Verwendung von kalkhaltigen Mischungen wird ein erhöhter Verschleiß der Pfannenzustellung hervorgerufen. Um die Haltbarkeit des Futters der Pfanne für die Entschwefelungsversuche zu gewährleisten, wurde eine Feuerfestmasse identifiziert, die eine entsprechende Standzeit besitzt und für häufige Temperaturwechsel der Pfanne geeignet ist. Zudem wurde eine speziell angefertigte „T-Port“-Einblaslanze mit zwei seitlichen Austrittsöffnungen entwickelt. Damit kann im Falle einer einseitigen Lanzenverstopfung das Entschwefelungs-mittel weiterhin durch die zweite Austrittsöffnung in die Schmelze eingeblasen werden. Darüber hinaus wurden Fördereinrichtung und Einblasanlage so modifiziert, dass eine kontinuierliche Förderung des Entschwefelungs-mittels gewährleistet ist. Zusätzlich können auch Legie-rungselemente wie Kohlenstoff und Silicium eingeblasen werden, was die Flexibilität der Legierungseinstellung erhöht. Zur Absaugung des Kalkstaubs und der in hohem Maße während der Entschwefelungsbehandlung entste-henden Reaktionsgase wurde eine bestehende Absaug-anlage weiterentwickelt.


ProjekttitelEKALGU – Automatisierte Einblasanlage zur kalkbasierten Entschwefelung und Legierungseinstellung von Gusseisen

Laufzeit01.03.2017–29.02.2020



KontaktMarc WalzFritz Winter Eisengießerei GmbH & Co. KG Albert-Schweitzer-Str. 15, 35260 StadtallendorfTel.: +49 6428 78-840E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerUniversität Duisburg-Essen – Institut für Technologien der Metalle – Lehrstuhl Metallurgie der Eisen- und Stahlerzeugung

FEhS – Institut für Baustoff-Forschung e. V.



Redaktion und Gestaltung Projektträgerschaft Ressourcen und Nachhaltigkeit, Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH BildnachweisUniversität Duisburg-Essen

StandOktober 2018

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EZiRec – Effizientes Zinn-Recycling aus Abfall-produkten der LeiterplattenfertigungMit einer neuen Technologie bereitet das Projekt „EZiRec“ Zinnschlämme aus der Elektronikbranche auf. Zwar existieren bereits Methoden und Patente, die diese Rückstände der Leiterplattenherstellung recyceln könnten, doch bisher wurde kein Prozess im industriellen Maßstab dauerhaft etabliert. Das soll sich durch „EZiRec“ ändern. Das Projekt wurde im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Die Basis moderner ElektronikteileZinn ist ein traditioneller und zugleich moderner Allrounder. Es ist ein wichtiges Metall zur Herstellung von Lötmaterial für die Elektronikbranche sowie von Weißblech und Chemi-kalien für die Galvano- und Katalysatorbranche. Seine Einsatzgebiete erweitern sich stetig. Das Wachstum der Zukunftsbranche Elektronikindustrie erhöht weltweit den Bedarf an Zinn – entsprechend steigen auch die Preise auf dem Weltmarkt.

Der Ansatz des Projekts zum effektiven Recycling von Zinn: Das Unternehmen TIB Chemicals nutzt die in den sogenannten Zinn-Strippern enthaltenen Metallanteile und führt sie einer Wiederverwertung zu. Zinn-Stripper werden im Produktionsprozess verwendet, um überflüssige Zinnschichten von den Leiterplatten zu entfernen, zu „strippen“. Sie basieren auf konzentrierter Salpetersäure und enthalten mehrere Zusatzstoffe. Dieser chemische Mix ist notwendig, damit beim Entfernen des Zinns die Leiterbahnen aus Kupfer nicht beschädigt werden. Deutschlandweit werden bis zu 1.000 Tonnen Zinn- Stripper jährlich genutzt.

Zinn-Stripper werden verwendet, bis ihre Kapazität erschöpft ist. Entsprechend hoch ist in der gesättigten Lösung der Gehalt an Zinn. Zudem enthält die Flüssigkeit geringe Anteile an Kupfer. Die verbrauchten Zinn-Stripper werden bisher in der Regel ungenutzt entsorgt, eine Ver-wertung der Metallgehalte findet gegenwärtig nicht statt.

Intelligente VernetzungDas Projekt „Effizientes Zinn-Recycling aus Abfallproduk-ten der Leiterplattenfertigung“, durchgeführt vom Unter-nehmen TIB Chemicals, hat eine Methode entwickelt, das Zinn effizient zu recyceln. Im Zentrum der Innovation steht eine hydrometallurgische Aufbereitung. Die techno-logische Herausforderung lag in der sauberen Trennung

der Metalle Zinn und Kupfer von der verunreinigten, nitrathaltigen Ausgangslauge. Das entwickelte Verfahren ermöglicht diesen Schritt auf effiziente Weise, ohne die technologische Machbarkeit aus den Augen zu verlieren.

Das aufbereitete zinnhaltige Material wird an Sekundär-hütten verkauft, die durch ein pyrometallurgisches Verfahren aus den hydrometallurgisch behandelten Wert-stoffen die Metalle Zinn und Kupfer in hoher Reinheit herstellen.

Entwicklung des VerfahrensSchritt für Schritt näherte sich das Projekt im Verlauf seiner dreijährigen Dauer dem Test im technischen Maßstab: Zunächst wurde auf Basis von Ergebnissen aus dem Labor und aus Betriebsversuchen der Aufbau der Anlagentechnik vorbereitet. Dafür wurden auch die Anlieferung der Roh-stoffe, die Lagerung, der interne Transporte sowie die effiziente Verarbeitung und Trennung berücksichtigt. Für den Betrieb der Anlage im technischen Maßstab wurde ein neuer Gebäudeteil auf dem Gelände der TIB Chemicals errichtet.

Blick durch ein Schauglas in die Recyclinganlage für den verbrauchten Zinn-stripper.

Ziel des Projekts war ein stabiles Verfahren, das auch bei Zinnschlämmen unterschiedlichster Qualität kontinuier-lich hohe Produktqualität für die Sekundärhütten sicher-stellt. Es ist in der Lage, Abfälle mit hohem Zinngehalt aus unterschiedlichsten Industrien zu verwerten, die heute nicht oder nur schlecht in pyrometallischen Recycling-verfahren verarbeitet werden. Damit steht die Technologie auch anderen Nutzern offen.

Vorläufige ErgebnisseEnde 2017 wurde der Bau der Anlage und des dazugehö-rigen Gebäudes abgeschlossen und danach erfolgreich in Betrieb genommen. Seitdem wurden neben technischen Parametern der Anlage weitere interne Einflussfaktoren verbessert.

Die Logistik der verbrauchten Zinn-Stripper, deren präzise Analytik und die Kommunikation der Ergebnisse mit den Kunden haben sich etabliert. Neben den Wertstoffen Zinn und Kupfer werden auch kritische Verunreinigungen detek - tiert, um den Leiterplattenherstellern ein Feedback zur Qualität der Recyclingrohstoffe zu geben. Das ermöglicht es den Nutzern des Strippers, ihren Prozess möglichst effizient und unter Vermeidung unnötigen Abfalls zu gestalten.

Im ersten Halbjahr 2018 wurden ausreichende Mengen verbrauchter Zinn-Stripper geliefert, um den Prozess mit guter Auslastung zu betreiben. Die angestrebten monat-lichen Recyclingquoten wurden erreicht oder sogar leicht übertroffen. Die Kostenvorteile des Verfahrens führen dazu, dass die Menge an verfügbarem Recyclingrohstoff aktuell weiter zunimmt, da weitere Partner gewonnen werden konnten.

Zudem sind die Verwertungspartner des erzeugten Zinn- Konzentrats mit dessen Qualität sehr zufrieden und haben Interesse an einer Fortsetzung und Ausweitung der Zu-sammenarbeit geäußert.


ProjekttitelEZiRec – Effizientes Zinn-Recycling aus Abfallprodukten der Leiterplattenfertigung

Laufzeit01.01.2016–31.12.2018



KontaktDr. Nils Schirmer TIB Chemicals AGMülheimerstr. 16-22, 68219 MannheimTel.: +49 621 8901-282E-Mail: [email protected]



Redaktion und Gestaltung Projektträgerschaft Ressourcen und Nachhaltigkeit Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH BildnachweisDr. Nils Schirmer

StandOktober 2018

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HERA – High-Efficiency-Rework-ApparatusDas Projekt „HERA“ optimiert eine nachhaltige Recyclingmethode für Wafer der Halbleiterbranche. Die patentierte Vakuum-Saugstrahltechnologie zur vollautomatisierten Wiederaufbereitung von Elektronikgrundplatten schont Ressourcen und reduziert Kosten. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Testwafer in der HalbleiterindustrieModerne Halbleiterchips werden in einem komplexen Produktionsablauf hergestellt, der viele hochtechnologische Verfahren umfasst. Die bis zu 1.000 Prozessschritte pro Produkt – an unterschiedlichen Anlagen – müssen dabei höchsten Präzisionsansprüchen und Qualitätsmerkmalen gerecht werden. Zusätzlich steigen die Komplexität und die Anforderungen an die Genauigkeit der Prozesspara-meter und Hardware, je höher die Variabilität in der Produktion ausfällt.

Zur Qualifikation der Anlagen und Prozesse der Halbleiter-fertigung werden Testwafer genutzt. Diese Grundplatten für elektronische Bauelemente dienen der Kontrolle von Defektdichte, Abscheiderate und Abtragsverhalten. Ein Teil der Testwafer verlangt einen Aufbau mit Struktur, der nicht immer materialschonend entfernt werden kann. Ein Großteil dieser Wafer enthält zudem sensible Strukturen und wird nach Verbrauch zerkleinert und kostenaufwändig als Sondermüll entsorgt. Das Projekt „HERA“ will das patentierte Vakuum-Saugstrahlverfahren adaptieren, um diese Wafer wieder aufbereiten zu können.

Das Vakuum-SaugstrahlverfahrenDer Sondermaschinenhersteller GP Anlagenbau hat das Vakuum-Saugstrahlverfahren entwickelt und patentieren lassen. Wie das klassische Sandstrahlen nutzt das Verfahren die kinetische Energie eines beschleunigten Strahlmittels, um gezielt Oberflächen zu bearbeiten. Anders als beim bisher üblichen Verfahren trägt es dabei weniger Material von der Waferoberfläche ab. Die Vakuumtechnologie arbeitet mit Unterdruck in einem geschlossenen System, damit das Strahlmittel beschleunigt wird und die Ober-fläche behandeln kann. Sofort nach dem Aufprall auf der Oberfläche wird das Mittel gemeinsam mit dem abgetra-genen Material wieder abgesaugt, es kann wiederaufbe-reitet werden. Damit sind Energie- und Ressourcenbedarf der Technologie deutlich geringer als bei herkömmlichen Verfahren. Applikationen der Vakuum-Saugstrahltechno-logie zum Abtragen, Aufrauen, Reinigen und Auftragen von

Beschichtungen wurden unter anderem für Automobil-, Schienen- und Luftfahrzeugbau, Solar-, Energie- und Elektro - technik entwickelt.

Im Projekt „HERA“ erfolgt die Optimierung des Verfahrens für Wafer der Halbleiterindustrie in vier Arbeitsschritten: Zuerst wird die Technologie für die Waferbehandlung weiterentwickelt, um den Abtrag von Silizium von der Oberfläche stark zu reduzieren und die Oberflächen beschaffenheit verbessern.

Im zweiten und dritten Schritt erfolgt die Weiterentwick-lung einer bereits existierenden GP-Versuchsanlage für den Halbleiterproduzenten Globalfoundries. Im letzten Schritt wird die Produktion erprobt, die benutzten Test-wafer werden behandelt und wiederverwertet. Ziel des Vorhabens ist eine Verdoppelung der Wiederverwendbar-keit der Elektrogrundplatten.

Vorläufige ErgebnisseBei der Auslegung der Vakuum-Saugstrahlkabine ergab sich eine Lanze mit einem Rechteckquerschnitt und einer Strahlbreite von mindestens 300 Millimetern. Damit ist es möglich, den Wafer auf der ganzen Breite/Fläche in einem Durchlauf selektiv zu entschichten. Je nach Erfordernis

Vakuum-Saugstrahlkabine mit automatischem Vorschub für eine Bearbei-tungsbreite von 300 mm.

kann der Wafer mehrmals gestrahlt werden, um die ge-forderte Restschicht zu erhalten.

Das Öffnen und Schließen der Strahlvorrichtung erfolgt manuell, ebenso das Einlegen und Herausnehmen der Wafer. Eine pneumatische Spannvorrichtung fixiert und positioniert den Wafer definiert in einer Ablage. Die Hand - habung der Wafer in der Anlage spielt eine entscheidende Rolle, damit die Wafer nach Behandlung mit dem Vakuum- Saugstrahlverfahren für die Weiternutzung verwendbar sind.

Die Strahllanze ist im Winkel und Abstand zum Wafer verstellbar. Damit ist es möglich, auf verschiedene Prozess-parameter zu reagieren. Oberflächenspannungen werden bei flachem Strahlwinkel reduziert. Erwartet wird, dass damit die Verbiegung auf die entsprechenden Vorgaben durch den Projektpartner reduziert werden können.

Der elektrische Antrieb und die aktive Linearführung liegen außerhalb der Strahlkabine, damit sie nicht mit Staub und Strahlmittel in Berührung kommen. Der Antrieb ist mittels Frequenzumrichter in einem Bereich zwischen 0,5 und 20 Millimetern pro Sekunde einstellbar. Bei der Vakuum-Saugstrahlbearbeitung der Wafer wird die primäre Bearbeitungsgeschwindigkeit programmtechnisch abge-rufen. Mittels Initiatoren werden die Anfangs- und End - positionen angezeigt.

Nach Beendigung des Strahlvorganges wird die Vakuum- Saugstrahlanlage in den Spülmodus geschaltet. Der Strahl-mittelfluss wird abgestellt. Beim Zurückfahren in die Entnahmeposition wird die Spülluft über die Strahllanze eingesaugt und der Wafer von Strahlmittel und Staub gereinigt.


ProjekttitelHERA – High-Efficiency-Rework-Apparatus

Laufzeit01.01.2017–31.05.2019



KontaktMarcel Heeger Renaud GP Anlagenbau GmbHGewerbepark 23, 03222 LübbenauTel.: +49 3542 8870595E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerGlobalfoundries Dresden

Module One Limited Liability Company & Co. KG



Redaktion und Gestaltung Projektträgerschaft Ressourcen und Nachhaltigkeit, Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH BildnachweisGP Anlagenbau

StandOktober 2018

www.bmbf.de

Innovative und umweltfreundliche, auf Fluor(F2)-basierte Reinigungsprozesse als Ersatz für NF3 und PFCs in der Halbleiterindustrie„ecoFluor“ setzt auf Klimaschutz im internationalen Maßstab. Es wurde ein Reinigungsgas entwickelt, das den Treib- hauswert bisher üblicher Gase in der Halbleiterbranche um das 17.000-fache senkt. Das Mittel mit dem Klimabonus spart zudem Ressourcen, weil es effizient im Verbrauch ist. Das Projekt wurde im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Innovation auf fundierter Basis Mikrochips für Handys, Laptops oder Taschenrechner werden in Maschinen der Halbleiterindustrie gefertigt, die nach jedem Arbeitsschritt gründlich gereinigt werden müssen. Bisher geschieht dies mit perfluorierten Kohlen-wasserstoffen und Stickstofftrifluorid (NF3). Diese Gase sind für die Umwelt bis zu 17.000-mal schädlicher als das bekannte Treibhausgas Kohlendioxid, da sie besonders stabil sind und daher lange in der Atmosphäre verbleiben.

Das Fraunhofer-Institut für Mikrosysteme und Festkörper-technologien EMFT untersucht seit mehreren Jahren gemeinsam mit Partnern des Chemieunternehmens Solvay verschiedene Fluorgasmischungen auf Umweltfreund-lichkeit. Das Projekt „ecoFluor“ setzt auf einen alterna-tiven Gasmix aus Fluor, Stickstoff und Argon, wodurch die Fluormenge um bis zu 20 Prozent verringert werden kann. Damit ist sein Treibhauspotenzial vergleichbar mit dem des Kohlenstoffdioxids. Zudem ist die Nutzung dieser Fluorgasmischungen sehr zeit- und kosteneffizient. Im Projekt wurde die vielversprechende Gasmischung in der industriellen Anwendung getestet.

Cleantech für HightechDer Markt für das neue Reinigungsgas ist groß, denn jeg-liche Informationstechnologie und damit viele Bereiche unseres öffentlichen und wirtschaftlichen Lebens basieren auf Silizium-Mikrochips. Die kleinen Elektronikteile ent-stehen mittels planarer Halbleitertechnologie: Schicht für Schicht werden dabei abwechselnd leitfähige und iso-lierende Schichten auf eine Siliziumscheibe aufgebracht. Anschließend erhält der Chip seine Strukturierung. All diese Arbeitsvorgänge finden in speziellen Vakuumkam-mern, sogenannten PECVD-Kammern, statt. Bei dieser Feinstarbeit – die einzelnen Schichten und Strukturen sind nur wenige Nanometer groß – ist höchste Sauberkeit

bei Prozessen, Maschinen und eingesetzten Materialien notwendig. Deshalb müssen nach jeder aufgebrachten Schicht die Prozesskammern mit Gas gereinigt werden. Fluorchemische Mittel sind bewährte und effiziente Reini-gungsgase. Ein diffiziler chemischer Vorgang ist nötig, um sie für das Säubern zu konditionieren.

Testlauf in TeamworkDie Partner von „ecoFluor“ verfolgen den Einsatz ihres Gases in zwei Phasen und arbeiteten während der drei jährigen Projektlaufzeit arbeitsteilig. Solvay, der Initiator aus der Chemie, lieferte die Cleangas-Mischung und schulte das Personal im sicheren Umgang damit. Die Fraunhofer EMFT sorgte für die fortlaufende Optimierung der Gasmischung. Die Firma Muegge lieferte eine mikrowellenbasierte Tech-nologie zur bestmöglichen Minimierung der Gasmenge. Texas Instruments schließlich setzte die Mischung in seiner Halbleiterproduktion ein. Hierzu wurde am Produktions-standort in Freising eine Gasversorgung aufgebaut, mit der die Gasmischung der Solvay Fluor GmbH an wenigen Pro-duktionsanlagen zur Verfügung gestellt und getestet wurde.

Hightech, die umweltfreundlich entsteht: „ecoFluor“ setzt auf alternativen Gasmix für die Reinigung von Mikrochips und Produktionskammern.

Vorläufige ErgebnisseMit dem Aufbau der Gasversorgung für die neuartige Fluor-Gasmischung waren die Voraussetzungen für die geplanten Tests unter Produktionsbedingungen erfüllt. Auf Basis der Erkenntnisse des Fraunhofer EMFT wurden für typische PECVD-Applikationen Reinigungsprozesse ent-wickelt, die prinzipiell den Anforderungen genügen. Diese wurden in die Halbleiterproduktion überführt, um die Langzeitperformance und -stabilität in der Produktion zu demonstrieren. Für den Fall eines PECVD-Oxide-Prozesses mit RPS-Reinigung (Remote Plasma Source) wurde dies über eine Dauer von neun Monaten und mit etwa 70.000 Wafern erfolgreich gezeigt. Durch den Austausch von Stick-stofftrifluorid wurden mehr als 15 Prozent Fluor eingespart und die Reinigungszeit um 5 Prozent verkürzt. Der Ersatz von Hexafluorethan in einem „In situ-Plasma-Reinigungs-verfahren“ hat sich als besonders effizient herausgestellt: Hier wurde die Reinigungsdauer um etwa 40 Prozent verkürzt und die eingesetzte Fluormenge um 90 Prozent reduziert. Der Langzeittest in der Halbleiterproduktion ist derzeit in Vorbereitung.

Parallel zu den Arbeiten bei Texas Instruments hat das Fraunhofer EMFT umfangreiche Arbeiten zur Charak-terisierung der neuen Reinigungschemie durchgeführt, unteranderem Abgasuntersuchungen zur Verifizierung der Fluorkohlenwasserstofffreien Reinigungstechnologie mit Hilfe eines hochauflösenden Massenspektrometers.

Darüber hinaus wurde eine neuartige, von Muegge ent-wickelte, Mikrowellen-Remote-Plasma-Source (RPS) ausführlich evaluiert, die nun in Kombination mit der neuartigen Fluor-Gasmischung eine sehr effiziente Option für den Einsatz in der Halbleiterfertigung ist. Der Test unter Produktionsbedingungen ist in Planung.

Nach der Freigabe für die industrielle Produktion soll das Reinigungsgas „ecoFluor“ nicht nur an den internationalen Standorten von Texas Instruments eingesetzt werden. Statt- dessen eröffnet die ökologische Innovation auch einen Markt für andere Halbleiterproduzenten und Unternehmen verwandter Branchen.


ProjekttitelecoFluor – Innovative und umweltfreundliche, auf Fluor(F2)- basierte Reinigungsprozesse als Ersatz für NF3 und PFCs in der Halbleiterindustrie

Laufzeit01.01.2016–31.12.2018



KontaktMichael Pittroff Solvay Fluor GmbHHans-Böckler-Allee 20, 30173 HannoverTel.: +49 511 857-3448E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerTexas Instruments Deutschland GmbH

Muegge GmbH

Fraunhofer-Institut für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT



Redaktion und Gestaltung Projektträgerschaft Ressourcen und NachhaltigkeitProjektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH BildnachweisTexas Instruments

StandOktober 2018

www.bmbf.de

IMPROVE – Anwendungsentwicklung innovativer Leistungselektronik für die Rohstoff- und Energie-optimierung von UmwälzpumpenDas Forschungsteam von „IMPROVE“ reduziert den Materialverbrauch von Umwälzpumpen für Heizungs-, Klima- und Solaranlagen. Möglich wird dies durch miniaturisierte Leistungselektronik. Die drehzahlvariablen Pumpen sparen neben Material auch Energie. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Die Innovation: Kleiner, höhere DrehzahlUmwälzpumpen werden vor allem in Gebäuden für den Flüssigkeitstransport in Heizungs-, Klimatisierungs-, Trinkwasser- und Solaranlagen eingesetzt. Auch in chemi-schen und verfahrenstechnischen Prozessen sowie in der Wasserversorgung werden sie benötigt. Europaweit sind mehr als 140 Millionen Umwälzpumpen in Betrieb, die im Durchschnitt alle zehn Jahre ersetzt werden müssen. Damit entsteht allein in Europa ein jährlicher Austausch-bedarf von 14 Millionen Umwälzpumpen.

Der Markt für das ressourcen- und energieeffiziente Modell von „IMPROVE“ ist entsprechend groß. Die Inno-vation des Geräts ist eine miniaturisierte Leistungselekt-ronik, die in die Motoren der Pumpen integriert wird. So erhöht sich die Drehzahl der Pumpen, was – bei konstanter Rotorumfangsgeschwindigkeit zur Aufrechterhaltung konstanten Drucks – die Baugrößen und damit auch den Materialbedarf verringert. Das gilt für die Pumpe und für den Motor. Mit dem optimierten Pumpendurchmesser und dem drehzahlgeregelten Betrieb der Pumpe lässt sich der Wirkungsgrad der Geräte wesentlich erhöhen – je nach Betriebszustand um etwa ein Viertel bis ein Drittel. Der Hauptentwicklungsaufwand für die Innovation liegt auf der Miniaturisierung und auf der Integration der Leis-tungselektronik. Damit verbessern sich sowohl Ressourcen- als auch Energieeffizienz der Geräte signifikant.

Zweistufige StrategieMit einer zweistufigen Strategie arbeitet „IMPROVE“ an der Miniaturisierung und Integration der Leistungselek-tronik. Zunächst wird die Schaltung spezifisch auf die Anwendung ausgelegt, indem zum Beispiel die Energie-speicherung durch die rotierenden Massen der Pumpe eingerechnet wird. Im zweiten Schritt erfolgt die best-mögliche Integration der verbleibenden Komponenten

mit Hilfe einer neuen Aufbautechnik: Die elektromecha-nische Motorkonstruktion wird überarbeitet, die minia-turisierte Leistungselektronik wird produktionsgerecht ausgelegt und konstruktiv in das System integriert. Das Potenzial der entwickelten Lösung demonstrieren die Forschungspartner in einem Versuchsträger und mittels der Konstruktion, Fertigung und Integration der Leistungs-elektronik des Motors.

Entwicklung im VerbundEntwicklungspartner im Vorhaben „IMPROVE“ sind die KSB SE & Co. KGaA aus Frankenthal, die Hochschule Kaiserslautern mit dem Forschungsschwerpunkt Hoch-effiziente technische Systeme und die Technische Uni-versität Berlin mit dem Institut für Hochfrequenz- und Halbleiter-Systemtechnologien. Während der dreijährigen Laufzeit entwickelt die Hochschule Kaiserslautern die übergeordnete Versuchs- und Demonstrationsanlage; die Berliner Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickeln die Leistungselektronik weiter. KSB führt als Entwickler und Produzent von Pumpen und deren elektri-schen Antrieben und Regelungssystemen die Pumpe, den Motor und die Leistungselektronik zusammen und testet

Optimierte PFC-Schaltung mit Filter.

das System. Nach erfolgreichem Abschluss der Tests entsteht in der Hochschule Kaiserslautern eine industrie-taugliche Demonstrationsanlage. Hier wird das Pumpen-system auf Funktionstüchtigkeit überprüft. Schließlich übernimmt KSB die Serienentwicklung und nach Ende des Projekts „IMPROVE“ die Markteinführung des Systems.

Vorläufige ErgebnisseMit dem Einsatz von Verbindungshalbleitern auf Basis von Galliumnitrid (GaN) erhöht sich die Schaltfrequenz im Vergleich zu den derzeit eingesetzten Transistoren um ein bis zwei Größenordnungen. Die Power-Factor-Correction (PFC)-Schaltung der Pumpe wurde basierend auf diesen GaN-Leistungshalbleitern neu entworfen. Mit der „Bridge-less-PFC“-Topologie und ihrer minimierten Bauteilanzahl erreicht die neue Schaltung im Vergleich zur traditionellen Variante einen höheren Wirkungsgrad.

Durch zusätzliche Kondensatoren im Rückstrompfad reduziert sich das Gleichtaktrauschen der Schalter. Zudem wurden wichtige Filterschaltungen angepasst. Um alle Vorteile der GaN-Transistoren auszunutzen, wurde die parasitäre Kommutierungsinduktivität minimiert. Eine größere Herausforderung war die Identifizierung und Eliminierung von durch Schaltflanken verursachten in-ternen Funktionsstörungen. Um den EMV-Filter optimal auszulegen und damit eine wichtige Voraussetzung für die Verringerung des Bauvolumens zu schaffen, wurde die Schaltfrequenz von 140 Kilohertz gewählt.

Die Eingangsdrossel, ein für das Systemdesign entschei-dendes Bauteil, wurde für einen hohen Wirkungsgrad der PFC sowohl bei maximaler Ausgangsleistung von 800 Watt als auch bei Teillasten ausgelegt. Da die Pumpe meistens unter Teillast betrieben wird, ist der gewichtete Wirkungs-grad der PFC von besonderer Bedeutung. Anhand zahl-reicher Simulationen der PFC wurde die Induktivität der Eingangsdrossel so gewählt, dass auch im Teillastbereich ein möglichst hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Das Volumen der Drossel wurde auf etwa ein Siebtel reduziert. Ein Konzept für die Einbettung der GaN-Komponenten in die Leiterplatte mit der Möglichkeit einer optimierten Entwärmung wurde ausgearbeitet, womit sich in Zukunft das Kühlkörpervolumen verkleinern lässt.


ProjekttitelIMPROVE – Anwendungsentwicklung innovativer Leistungs- elektronik für die Rohstoff- und Energieoptimierung von Umwälzpumpen

Laufzeit01.01.2017 – 31.12.2019



KontaktDr.-Ing. Jochen Mades KSB SE & Co. KGaAJohann-Klein-Str. 9, 67227 Frankenthal (Pfalz)Tel.: +49 6233 86-3260E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerTechnische Universität Berlin – Institut für Hochfrequenz- und Halbleiter-Systemtechnologien

Hochschule Kaiserslautern – Fachbereich Angewandte Ingenieurwissenschaften – AG Elektrotechnische Systeme der Mechatronik



Redaktion und Gestaltung Projektträgerschaft Ressourcen und Nachhaltigkeit, Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH BildnachweisKSB

StandOktober 2018

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IVAN – Aufbau und Erprobung von Anlagen zur Herstellung von Kontaktwerkstoffen der Nieder-spannungstechnik mit reduziertem Silbergehalt über Innovative Verbindungs- und AufbautechnikDas Forschungsteam des Projekts „IVAN“ spart wertvolles Silber in Kontakten für elektromechanische Schaltgeräte. Im industriellen Maßstab erprobte es die sogenannte Plus-Technologie. Dank dieser sind die silbereffizienten Kontakte hochgradig flexibel und halten länger. Das Projekt wurde im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Gefragter Hightech-WerkstoffDas Edelmetall Silber ist als Werkstoffbasis in Schalt-geräten aufgrund seiner technischen Kontakteigenschaften unersetzbar. Nicht nur in der Elektrotechnik, auch in Zukunftstechnologien ist Silber von zunehmender Bedeu-tung, etwa in flexiblen Displays oder LEDs. Deshalb steigt der Silberbedarf. Derzeit werden allein 400 Tonnen Silber jährlich in Deutschland für Schaltgeräte der industriellen Niederspannungselektronik gebraucht, etwa für Schalter und Schaltschütze von Elektromotoren. Dank des Edel-metalls funktioniert das Ein- und Ausschalten des elektri-schen Stroms problemlos.

Die neue Plus-Technologie ermöglicht es, die Lebensdauer von silberhaltigen Kontakten dieser Schaltgeräte deutlich zu erhöhen. Vorangegangene Forschungen ergaben, dass sich damit der Bedarf des Edelmetalls um bis zu 40 Prozent reduziert. Diese Technologie in den industriellen Maßstab zu überführen, war Gegenstand des zweijährigen Forschungs-projekts „IVAN“.

Testlauf für MassenproduktionDie Firma SAXONIA Technical Materials GmbH entwickelt und produziert technische Werkstoffe, die vor allem auf den besonderen Eigenschaften von Silber, speziellen Nichteisenmetallen sowie deren Legierungen basieren. Im Vorprojekt zu „IVAN“ wurde erfolgreich eine Pilotanlage zur Musterfertigung von stabilen Mehrschichtverbund-werkstoffen entwickelt. Lebensdauertests beim Koope-rationspartner, der Firma Siemens, zeigten das Potenzial der neuen Technologie auf: Die gefertigten Kontakte enthalten weniger Silber und zeichnen sich durch hohe Verbundfestigkeit und damit hohe Abbrandfestigkeit aus.

Langlebiger und effizienterIm Projekt „IVAN“ wurde dieses Potenzial auf wirtschaft-liche Machbarkeit überprüft. Besonderer Fokus des Vorha-bens lag auf den Aspekten Arbeits- und Prozesssicherheit sowie Qualität und Nachhaltigkeit.

Am SAXONIA-Firmenstandort in Hanau wurden Prozess-module zur Massenfertigung der silberreduzierten Kontaktwerkstoffe konzipiert, aufgebaut und in die Produktion integriert. Die Forscherinnen und Forscher konzentrierten sich dabei auf Produktionslinien für Schütz- und Relaiskontakte.

Durch die Einführung innovativer Prozessschritte konnte gleichzeitig die Edelmetalleffizienz der Schützkontakte sowie die Lebensdauer dieser erhöht werden. Für die Relaiskontakte hat das Forschungsteam den Zuschnitt der Kontakte effizienter und verlustärmer gestaltet. Dadurch können die Materialabmessungen flexibel und mit wenig Ausschuss bis hin zu Mikroprofilen skaliert werden.

Aufwickeleinheit Kontaktprofile.

Die im „IVAN“-Projekt entwickelten Prozessmodule sind erste Bausteine einer hochflexiblen Fertigungslinie, die Produktentwicklungszyklen und Markteinführungszeiten auf ein Minimum reduzieren. Bis zu 1.500 Produkte will SAXONIA auf die neue Technologie umstellen.

Vorläufige ErgebnisseDie in der Erprobung befindliche Pilotanlage ermöglicht es, silberhaltige Kontakte ressourceneffizienter herzustellen. Außerdem ergibt sich aus der signifikanten Steigerung der Haftfestigkeit eine Erhöhung der Lebensdauer und damit ein reduzierter Silbereinsatz. Mit der zunehmenden Auto-matisierung und der Miniaturisierung der Schaltkontakte wird dafür eine deutliche Optimierung der Prozesskette notwendig.

Das Einsparpotenzial wird vom spezifischen Anwendungs-fall definiert. Die derzeitigen Versuche mit einer Silber-einsparung von bis zu 19 Prozent wurden erfolgreich durchgeführt. Nach abgeschlossener Implementierung in den Produktionsprozess soll die Silbereinsparung durch das neue Verfahren auf bis zu 39 Prozent gesteigert werden. Die technologische Umsetzung der Forschungs-tätigkeiten liegt derzeit auch im Hinblick auf die Prozess-sicherheit im Plan.

Das Prozessmodul zur Effizienzsteigerung der Schneid-technologie befindet sich derzeit noch in der Erprobungs-phase und soll 2018 abgeschlossen werden. Das neue Verfahren erlaubt vielversprechende Optimierungen bezüglich der herstellbaren Materialabmessungen und wird nach dem Erreichen des notwendigen Technologie- Reifegrads einen wertvollen Beitrag zur Verringerung der sonst unvermeidbaren Schneidverluste erbringen. Durch das neue Verfahren werden darüber hinaus die Einzel-losgrößen signifikant skalierbar, was einen bedeutenden Vorteil für bedarfsgerechte, wirtschaftliche Fertigung bedeutet.


ProjekttitelIVAN – Aufbau und Erprobung von Anlagen zur Herstellung von Kontaktwerkstoffen der Niederspannungstechnik mit reduziertem Silbergehalt über Innovative Verbindungs- und Aufbautechnik

Laufzeit01.08.2016–31.12.2018



KontaktAndreas Bauscher SAXONIA Technical Materials GmbHRodenbacher Chaussee 4, 63457 HanauTel.: +49 6181 59-2541E-Mail: [email protected]



Redaktion und Gestaltung Projektträgerschaft Ressourcen und Nachhaltigkeit, Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH

BildnachweisSAXONIA Technical Materials GmbH

StandOktober 2018

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KOMPASS – Kontinuierliche Öl- und Metallrück-gewinnungs-Prozessanlage für Schlämme und SpäneDas Projekt „KOMPASS“ trennt, was in der Metallverarbeitung vermischt anfällt: Metallspäne und Öle. Gereinigt und aufbereitet, können beide Komponenten anschließend wiederverwertet werden – ein Novum für die Branche. „KOMPASS“ erprobt eine neuartige Reinigungsanlage im technischen Maßstab. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innova-tive Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Die Richtung: Ressourceneffizienz„KOMPASS“ trägt seine Innovation im Namen und weist die Richtung zur Ressourceneffizienz – mit einer „Konti-nuierlichen Öl- und Metallrückgewinnungs-Prozessanlage für Schlämme und Späne“ bereitet das Projekt wertvolle Metalle aus industriellen Rückständen auf, trennt sie vom Öl und führt die Bestandteile dem Recycling zu.

Im Blick haben die Verbundpartner vor allem wirtschafts-strategische Metalle wie Wolfram, Niob, Vanadium und Kobalt. Als Abfälle aus der Metallverarbeitung sind diese wertvollen Materialien oft mit Ölen behaftet, die in diesen Produktionsanlagen als Kühlschmierstoffe verwendet werden. Allein in der deutschen Metallverarbeitung fallen jährlich 280.000 Tonnen ölhaltige Schleifschlämme an. Die in ihnen enthaltenen hochwertigen und teuren Metalle gehen verloren, weil der Metallschlamm bisher nur unzu-reichend aufbereitet werden kann.

Ihre Innovation wollen die fünf Partner zunächst in einer Pilotanlage erproben. Sie kann stündlich etwa 50 Kilo-gramm des Materials in einem kontinuierlichen Reinigungs-prozess mit Wasser und Reinigungsmitteln verarbeiten. Nach erfolgreichem Test der Pilotanlage wird das Verfahren in einer Produktionsanlage mit einem stündlichen Durch-satz von über einer Tonne der ölhaltigen Materialien auf industrielle Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit getestet.

Aus Störfaktor wird WertstoffDer Innovationscharakter des Vorhabens zeigt sich beim Blick in die Praxis: Metallabfälle werden üblicherweise eingeschmolzen. Stahlwerke, Gießereien oder andere Schmelzwerke übernehmen die Wiederaufarbeitung. Doch bestimmen die Zusammensetzung der Metallabfälle und der Gehalt an Störstoffen wie Öl, wofür das Material anschließend verwendet werden kann. Besonders hoch-wertige metallische Werkstoffe wie Werkzeugstähle oder Titanlegierungen sind für Störstoffe empfindlich. Schon

ein geringer Gehalt an anhaftenden Ölen kann die Späne für eine adäquate Verwertung unbrauchbar machen. Als einzige Möglichkeit bleibt oft, sie zu einfacheren Stahl-sorten zu verarbeiten.

Das „KOMPASS“-Verfahren gewinnt die Metalle ohne Einsatz von umweltbelastenden Chemikalien für den Wirt-schaftskreislauf zurück. Aus industriellem Abfall werden Wertstoffe, die veräußerbar sind. Betriebe aus Stahl-, Metall- und Gießerei-Industrie sind die potenziellen Ab-nehmer. Das Reinigungswasser wird im Kreislauf genutzt, die abgewaschenen Öle werden separiert und können im Idealfall erneut als Kühlschmierstoff verwendet werden.

Global Player im EinsatzDas Projekt läuft über drei Jahre. Anschließend sind die Entölungsanlagen weltweit flexibel einsetzbar. Sie können sowohl direkt vor Ort in metallverarbeitenden Unternehmen errichtet werden als auch zentral bei Recyclingunternehmen. Die Projektpartner decken ein breites Spektrum an Kompetenz und Erfahrungen aus der Recyclingwirtschaft, den metallurgischen Aufarbeitungsprozessen und der Verfahrenstechnik ab. Neben der koordinierenden RHM

Flammenentwicklung nach Aufgabe von Schleifschlamm auf eine Eisen-schmelze: links unbehandelt, rechts trocken entölt.

Rohstoff-Handelsgesellschaft ist das Unternehmen Federal- Mogul Burscheid beteiligt. Die wissenschaftliche Seite vertreten das Institut für Technologien der Metalle der Universität Duisburg-Essen und das Institut für Energie- und Umwelttechnik Duisburg.

Vorläufige ErgebnisseDas Waschen von ölbehafteten Metallspänen mit Tensid-lösungen ergibt in der Technikumsanlage Restölgehalte von unter einem Prozent. Somit sind die Späne keine belasteten Abfälle mehr und können ohne weitere Behand-lung in metallurgischen Prozessen eingesetzt werden. Der-zeit wird von RHM eine Anlage in Herne gebaut, die auf einen Durchsatz von 1,5 Tonnen pro Stunde ausgelegt ist.

Anders als bei den Spänen wurde beim Waschen von Schleifschlämmen mit Tensidlösungen aufgrund der deutlich geringeren Korngrößen keine ausreichende Entölung erzielt, weshalb das Verfahren der trockenen Entölung entwickelt wurde: Der Schleifschlamm wird erst mit einem in der Korngröße größeren Ölbindemittel durchmischt und dann durch Sieben getrennt. Hier wird der Effekt genutzt, dass verölte Schlämme zur Agglo-meration neigen: Durch das Ölbindemittel entstehen Schleifschlammpartikel mit geringeren Ölanhaftungen, die aufgrund der fehlenden Agglomeration durch Sieben separiert werden können.

Nach den Laborversuchen wurde auch in einer Groß-siebanlage eine größere Menge von gemischtem Proben-material gereinigt. Dabei wurde nachgewiesen, dass der Ölgehalt des behandelten Schleifschlamms unter einem Prozent liegt. Ebenso wie die Späne stellen somit auch die Schlämme keine belasteten Abfälle mehr dar und können ohne weitere Behandlung in metallurgischen Prozessen eingesetzt werden.

Ausgehend von diesen Ergebnissen wird derzeit eine mobile Anlage für die trockene Entölung gebaut.


ProjekttitelKOMPASS – Kontinuierliche Öl- und Metallrückgewinnungs- Prozessanlage für Schlämme und Späne

Laufzeit01.01.2016–30.09.2019



KontaktHolger BiedermannRHM Rohstoff-Handelsgesellschaft mbH Rheinstr. 141, 45478 Mülheim an der Ruhr Tel.: +49 208 99924-0E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerUniversität Duisburg-Essen – Institut für Technologien der Metalle – Lehrstuhl Metallurgie der Eisen- und Stahlerzeugung

Federal-Mogul Burscheid GmbH

Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V. (IUTA) – Institut an der Universität Duisburg-Essen



Redaktion und Gestaltung Projektträgerschaft Ressourcen und Nachhaltigkeit Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH

BildnachweisLehrstuhl Metallurgie der Eisen- und Stahlerzeugung, Universität Duisburg-Essen

StandOktober 2018

www.bmbf.de

MAREMO – Materialeffizienter Leichtbau für eine ressourceneffiziente MobilitätDas Projektteam von „MAREMO“ nutzt recycelte Kohlenstofffasern für Fahrzeugbauteile. Die Innovation: Erstmals sind diese leichten und effizienten Bauteile für unterschiedliche Belastungen ausgelegt. Ihre Produktion wird im industriellen Maßstab erprobt. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Die Vorteile der Kohlenstofffasern Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) gehören zu den etablierten Strukturwerkstoffen im Automobilbau. Gegenüber metallischen Werkstoffen haben diese Faser-verbunde technische, wirtschaftliche und ökologische Vorteile: Sie sind deutlich leichter und reduzieren damit Kraftstoffverbrauch und Kohlendioxidemissionen der Fahrzeuge. Die Herstellung von Kohlenstofffasern ist jedoch erdöl-, kosten- und energieintensiv. Damit eine Energie- und Ressourceneffizienz über das gesamte Produktleben hinweg erzielt werden kann, braucht es konstruktive und technologische Innovationen – sowohl für das Material als auch für die Herstellung.

Bislang werden Bauteile aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen für Fahrzeuge vorwiegend als Schalenbau-teile gefertigt. Sie bestehen aus geschichteten textilen Flächenhalbzeugen, sogenannten Multiaxialgelegen. Diese Produktionsweise hat zwei Nachteile: Zum einen können die verwendeten Flächenhalbzeuge zu kaum mehr als 50 Prozent ausgenutzt werden, da beim Zuschnitt der ein-zelnen Laminatlagen viel Verschnitt anfällt. Zum anderen sind sie in ihrer gesamten Fläche für die gleichen Belas-tungen ausgelegt. Werden einzelne Stellen des Bauteils höher beansprucht, muss der Schichtaufbau dort ver-größert werden, was bisher nur mit hohem zusätzlichen Produktionsaufwand möglich ist.

Hochwertige FaserabfälleAn dieser Herausforderung setzt „MAREMO“ an: Seine Flächenhalbzeuge bestehen aus Faserverbunden, die beanspruchungsgerecht und endkonturnah gefertigt werden. Diese Near-Net-Shape-Halbzeuge haben kaum Verschnitt und bestehen aus Recyclingmaterial. Auf einem flächigen Vlies aus Basismaterial werden individuell angepasste Kohlenstofffaserbänder aufgebracht, soge-nannte Towpregs. Je nach Belastungsgrad erhöht sich die Towpreg-Schicht. Bauteile ohne höhere Belastung bleiben

ohne Endlosfaserverstärkung. Für „MAREMO“ wurde das Recyclingfaservlies des Fraunhofer-Instituts für Werk-zeugmaschinen und Umformtechnik IWU ausgewählt. Es wird vorimprägniert und dient dann sowohl als Ab-legegrund für die Towpregs als auch – zur Verstärkung des herzustellenden Bauteils – als Recycling-Prepregs selbst.

Produktion in PartnerschaftAcht Forschungspartner aus Wissenschaft und Wirtschaft haben sich im Projekt „MAREMO“ zum Forschungs-verbund zusammengeschlossen. Sie gehen im Verlauf des Vorhabens arbeitsteilig vor. Die Produktion der effizienten Halbzeuge soll in einem automatisierten Prozess erfolgen, bei dem die bauteilspezifischen Tape-Muster auf dem Basismaterial abgelegt und angeheftet werden.

Schritt für Schritt stimmen die Forschungspartner Faser-verstärkungen und Bauteilbeanspruchungen aufeinander ab. Aus der Bauteilauslegung werden dann geeignete Ab-legemuster für die Towpregs abgeleitet. Die Bauteilkonst-ruktion soll bei der Wethje Carbon Composites GmbH und am Fraunhofer IWU durchgeführt werden. Als Prototyp dient eine von BMW spezifizierte Automobilstruktur. Die

„MAREMO“-Towpreg für die materialeffiziente Endlosfaserverstärkung von Recyclingfaser-Basismaterialien.

gewonnenen Erfahrungen des dreijährigen Forschungs-projekts münden in einer praxistauglichen Konstruktions- und Auslegungsanleitung.

Vorläufige ErgebnisseFür die Entwicklung neuartiger Towpregs wurde am Fraunhofer IWU eine Pilotfertigungsanlage von den Firmen AFPT, Tisora und Cetex aufgebaut und in Betrieb genommen. Die modular aufgebaute Anlage ermöglicht die Entwicklung neuer Towpreg-Materialsysteme durch Variation der Faser- und Harzsysteme, durch Spreizen von Kohlenstofffaser-Rovings, durch Dosieren und Impräg-nieren von Reaktionsharz sowie durch Abziehen und Auf-wickeln der Towpregs. Eine Skalierung auf die jeweilige Bauteilgröße ist einfach zu realisieren.

Um die wirtschaftliche Aspekte der Großserie im Blick zu behalten, wurden zwischen den Projektpartnern eine automobilgerechte kostengünstige Faserverstärkungen abgestimmt. Darüber hinaus konnte trotz der langen und anspruchsvollen Anforderungsliste ein geeignetes Harz-material für das „MAREMO“-Vorhaben identifiziert und für die Herstellung von neuartigem Towpreg-Material ver-wendet werden. Das neu entwickelte Towpreg wurde dann sowohl nach seinen mechanischen Eigenschaften als auch nach seinen Herstellungskosten charakterisiert. Außerdem konnte das Material hinsichtlich seiner Verarbeitung mit dem automatischen Legekopf der Firma AFPT überprüft werden, wodurch sich wichtige Erkenntnisse und Opti-mierungspotenziale ergaben. Die ersten Ergebnisse für das „on-line“-Schneiden wurden positiv bewertet.

Durch die Zusammenarbeit der Partner Tisora und Cetex wurde das Portalsystem für die „MAREMO“-Legeanlage entworfen. Weiter hat der Projektpartner BMW das Muster-bauteil vollständig spezifiziert und den Lagenaufbau nach funktionalen und strukturmechanischen sowie material- und herstellungstechnischen Gesichtspunkten ermittelt.


ProjekttitelMAREMO – Materialeffizienter Leichtbau für eine ressourceneffiziente Mobilität

Laufzeit01.01.2017–31.12.2019



KontaktMichael HobelsbergerWethje Carbon Composites GmbH Oskar-von-Miller-Str. 3, 94474 VilshofenTel.: +49 8549 971250E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerBayerische Motoren Werke AG, LT-13 Tisora Sondermaschinen GmbH

AFPT GmbH

SWMS Systemtechnik Ingenieurgesellschaft mbH AT – Automation Technology GmbH

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Cetex Institut für Textil- und Verarbeitungsmaschinen gGmbH



Redaktion und Gestaltung Projektträgerschaft Ressourcen und Nachhaltigkeit Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH

BildnachweisFraunhofer IWU

StandOktober 2018

www.bmbf.de

PLUS – Pilotanlage zur lasergestützten Sortierung von SonderlegierungenDas Projekt „PLUS“ sortiert gemischte Metallschrotte mittels Lasertechnik. Wertvolle Sonderlegierungen mit hohen Wolfram-, Kobalt- oder Titangehalten können so zurückgewonnen und verwertet werden. Die erste industrielle Anlage von „PLUS“ ist flexibel und wirtschaftlich einsetzbar. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Techno-logien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Das Ausgangsmaterial: gemischte MetallschrotteSekundärrohstoffe aus dem Metallrecycling sind eine wichtige nachhaltige Alternative zu Primärrohstoffen. Auch seltene Metalle wie Wolfram, Kobalt, Niob, Chrom und Titan können – als Reinmetalle oder Legierungen – recycelt werden.

Metallschrotte sind jedoch häufig vermischt. Unterschied-liche Metalle liegen in verschiedenen Legierungen, Größen und Formen vor. Diese Vermischungen, verbunden mit Verunreinigungen und Schmelzverlusten, senken die Recyclingquote deutlich. Oft haben die Recyclingprodukte zudem nur geringe Qualität. Für viele Schmelzwerke ist das Aufbereiten dieser Schrotte deswegen unwirtschaft-lich, denn die notwendigen Sortierprozesse sind sehr auf-wändig. Gemischte Schrotte sind damit ein bisher wenig genutztes Potenzial.

Die Innovation: gut sortierter SchrottDerzeit werden die Materialien manuell sortiert. Die Arbeiter nutzen dafür Klassifiziergeräte der optischen Emissionsspektroskopie oder Röntgenfluoreszenzanalyse. Das „PLUS“-Verfahren will den Sortierprozess mittels neuer Technologie wirtschaftlicher gestalten. Die große Herausforderung auf dem Weg zur Wirtschaftlichkeit: Innerhalb der Materialgruppen Schnellarbeitsstahl, Hartmetall und Titan sollen mehr als 20 verschiedene Legierungen unterschieden werden. Erkannt und sortiert werden sollen auch kleine und kleinste Schrottteile. Pro Teil sollten Analyse und Sortierung in wenigen Sekunden erfolgen.

Für ihre industrielle Pilotanlage nutzen die Kooperations-partner, die Firma Cronimet und das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, die Methode der Laser-Emissions-spektrometrie. Deren Vorteil gegenüber dem zeitauf-wändigen Sortieren per Hand ist, dass die Messung des Schrotts schnell und berührungslos erfolgt. Damit die

Lasertechnologie erfolgreich ist, braucht sie einen Prozess, der ihr die Bestandteile des gemischten Metallschrotts vereinzelt zuführt und sortiert. Dieser Prozess soll im Lauf des Projekts automatisiert werden.

Die „PLUS“-Pilotanlage ist eine automatisch arbeitende Sortieranlage mit Materialzuführung, laseranalytischer Klassifizierung und robotik-basierter Sortierung. Zunächst erhalten die Metallschrotte mittels 3-D-Objekterkennung eine erste Identifizierung. Derart gesichtet, übernimmt die Laserspektrometrie die sortenreine Analyse und Klassi- fizierung. Anschließend werden die Stücke automatisiert mit einem Verfahren sortiert, das die einzelnen Teile erfasst und sortenrein in Sammelbehältern ablegt. Das Verfahren ermöglicht ein wirtschaftliches Recyceln von stark vermischten Metallschrotten.

Partner aus Wissenschaft und WirtschaftDie beiden „PLUS“-Kooperationspartner bringen wirt-schaftliches und wissenschaftliches Know-how in das Forschungsprojekt ein. Die Cronimet-Gruppe mit Sitz in Karlsruhe ist weltweiter Spezialist für Edelstahlschrott,

Automatischer Greifer mit aufgenommenem Schrottteil.

Ferro- und Sonderlegierungen sowie Primärmetalle. Während der dreijährigen Laufzeit übernimmt Cronimet die Projektkoordination. Spezialistinnen und Spezialisten aus den Bereichen Anlagenbau und Steuerungstechnik unterstützen die Forschungspartner bei einzelnen Arbeits-schritten.

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen entwickelt das Laser-Messverfahren zur schnellen und berührungslosen Bestimmung von Werkstoffqualitäten. Es steuert seine neueste Methode der Laser-Emissions-spektrometrie bei, die im Laufe des Projekts an den indus-triellen Prozess angepasst wird.

Vorläufige ErgebnisseIn der ersten Projektphase wiesen die Partner die Eignung des gewählten technologischen Ansatzes nach: Die Schrott-teile können mit optischer Messtechnik den ermittelten Anforderungen entsprechend geometrisch erfasst werden. Anhand dieser Bilddaten werden die Einzelteile identi-fiziert und die beiden Kernprozesse der weiteren Verarbei-tung gesteuert.

Mit experimentellen Aufbauten wurde gezeigt, dass die zu trennenden Materialklassen laserspektroskopisch mit guter Reinheit identifiziert werden können. Hierbei werden auch innerhalb einer Schrottart, zum Beispiel Schnellarbeitsstahl, mehrere Legierungsklassen anhand ihrer chemischen Zusammensetzung unterschieden. Zudem wurde erfolgreich demonstriert, dass die Schrott-teile mit einem mechanischen Greifer von einem bewegten Förderband aufgenommen werden können, um sie an-schließend der gemessenen Materialfraktion zuzuführen.

Auf Basis dieser erfolgreichen Zwischenergebnisse wird die Erstellung einer Sortieranlage zur Demonstration des Verfahrens geplant. Neben den Kernkomponenten der Identifikation und Sortierung der zugeführten Schrotte wurden auch die Materialaufgabe sowie die Steuerung und die Bedieneinheit gestaltet. Die nächsten Meilensteine sind die Integration aller Komponenten und die Herstel-lung der Funktionsbereitschaft der Gesamtanlage.


ProjekttitelPLUS – Pilotanlage zur lasergestützten Sortierung von Sonderlegierungen

Laufzeit01.01.2017–31.12.2019



KontaktMartin GeislerCronimet Ferroleg. GmbH Südbeckenstraße 22, 76189 KarlsruheTel.: +49 721 95225-507E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerFraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT




BildnachweisCronimet GmbH

StandOktober 2018

www.bmbf.de

Production Dreams – Erarbeiten kontinuierlicher Verfahrensschritte zum Hochskalieren der Produk-tion von Polyethercarbonatpolyurethanen mit kovalent gebundenem KohlenstoffdioxidAus Kohlendioxid (CO2) entsteht Kunststoff, aus Treibhausgas die Basis für Gummibänder, Dichtungsringe etc.: Das Projekt „Production Dreams“ arbeitet an einem Verfahren, das Kohlendioxid zum Herstellen von elastischen Kunst-stoffen nutzt. Im industriellen Testbetrieb soll das Gas seine Tauglichkeit als Ersatz für Erdöl beweisen. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Wie aus Treibhausgas Kunststoff wirdKohlendioxid ist als ein Hauptverursacher des Treibhaus- effekts schädlich für das Klima. Im Projekt „Production Dreams“ soll es hingegen klimafreundlich genutzt werden und zum Grundbaustein elastischer Kunststoffe, sogenannter Elastomere, werden. Diese basieren normalerweise kom-plett auf Erdöl. Nun lassen sich bei ihrer Herstellung in einem Vorprodukt rund 25 Prozent des üblicherweise verwendeten Öls durch CO2 ersetzen. Das Ergebnis sind sogenannte Polyethercarbonat-Polyurethane, die zu Elastomeren weiterverarbeitet werden können.

Einzelne Chargen des neuartigen Materials wurden bereits im Labor hergestellt. Im Verlauf des dreijährigen Projekts soll ein kontinuierliches Verfahren entwickelt werden, das eine wirtschaftliche Produktion im Industriemaßstab ermöglicht.

Ausgezeichnete ÖkobilanzElastomere sind Allrounder unter den Kunststoffen:Sie werden für die Produktion von Reifen verwendet,für mechanische Bauteile in Automobilen, für Schuhe,für Bauteile im Hausbau und für Klebstoffe. Sie sindsomit wesentlich für die Automobil-, für die Elektro-und Bauindustrie sowie für den Maschinenbau und finden Verwendung in der Produktion für Haushalt und Medizin-technik. Wie umfangreich der Markt für das innovative Produkt von „Production Dreams“ ist, zeigt der welt-weite Bedarf an Synthesekautschuk: Etwa 16 Millionen Tonnen des flexiblen Materials werden jährlich genutzt.

Bisherige Tests in kleinerem Maßstab haben ergeben, dass die mit Hilfe von CO2 hergestellten Elastomere dieselbe

hohe Qualität haben wie solche, die aus petrochemischen Rohstoffen bestehend. Gleichzeitig ist das großtechnische Verfahren, das die Projektpartner erarbeiten und umsetzen wollen, wesentlich energieeffizienter und benötigt weniger Lösemittel. Es hat daher eine deutlich bessere Ökobilanz als konventionelle Prozesse. Da weniger Erdöl eingesetzt wird, werden zudem die Verarbeitungsschritte bis zu dessen Einsatz im Elastomer vermieden – das spart im gesamten Prozess wiederum CO2-Emissionen und Energie. Durch den Einsatz von Kohlendioxid wird somit die begrenzte Ressource Erdöl geschont und gleichzeitig die Rohstoff-basis der Chemie-und Kunststoffindustrie erweitert.

Ein Trio für mehr NachhaltigkeitAm Projekt beteiligt sind zwei wissenschaftliche Institu-tionen und der Kunststoffhersteller Covestro. Die RWTH Aachen University ist mit dem Institut für Kunststoff-verarbeitung (IKV) und dem Lehrstuhl für Technische Thermodynamik (LTT) vertreten. Das IKV verfügt über eine umfangreiche Ausstattung und Erfahrung im Bereich Elastomere und ist akademischer Schlüsselpartner bei der

CO2-basierte elastische Produkte aus dem Projekt „Production Dreams“ wurden auf der ACHEMA 2018 am BMBF-Stand ausgestellt.

Herstellung von Elastomeren. Der LTT beschäftigt sich seit vielen Jahren mit der Analyse, Bewertung und Optimie-rung von industriellen Energie- und Produktionssystemen.Zweiter wissenschaftlicher Projektpartner ist der Lehr-stuhl für Technische Chemie und Mehrphasen-Reaktions-technik der Technischen Universität Berlin. Der Lehrstuhl arbeitet an einer Reihe von industrienahen Forschungs-projekten und übernimmt die wirtschaftliche Bewertung von Produktionskonzepten bei „Production Dreams.“

Der wirtschaftliche Partner Covestro gehört zu den weltweit größten Herstellern von Polymeren. Geschäftsschwer-punkte sind die Herstellung von Hightech-Polymerwerk-stoffen und die Entwicklung innovativer Produkte für die Automobilindustrie, die Elektro-und Elektronikbranche sowie die Bau-, Sport- und Freizeitartikelindustrie.

Vorläufige ErgebnisseDie CO2-haltigen Kautschuke werden in zwei Stufen her-gestellt. Zunächst wird CO2 als Baustein in die Hauptkette eines sogenannten Polyols, dem Vorläufer der Elastomere, eingebaut. Die entstehenden Carbonatgruppen ersetzen dabei einen Teil des ursprünglich auf fossilem Kohlenstoff basierenden Grundbausteins Propylenglycolether. Um später einen elastischen Gummi daraus zu machen, muss zusätzlich ein ungesättigter Molekülbaustein eingebaut werden.

Im Laufe des Projekts wurde das Verfahren, mit dem diese ungesättigten Polyetherpolyole hergestellt werden, maß-geblich weiterentwickelt. Inzwischen ist eine kontinuier-liche Produktion der CO2-Polyole im technischen Maßstab möglich. So wurden bislang einige Tonnen dieses Materials in leicht unterschiedlichen Zusammensetzungen produ-ziert.

In einem zweiten Schritt wird aus dem hergestellten Polyol durch Kettenverlängerung ein Kautschuk hergestellt. Das Produktionsverfahren wurde aus dem Labormaßstab in den technischen Maßstab übertragen. Ein erster Ansatz über ein Gießverfahren, bei dem das Polyol mit dem Kettenverlängerer gemischt, in eine Form gegossen und anschließend thermisch behandelt wird, war nur schwer zu reproduzieren. Ein zweiter Ansatz über eine Reaktiv-extrusion ist bei besserer Reaktions- und Prozesskont-rolle wesentlich robuster. Mit diesem Verfahren wurden kürzlich mehrere hundert Kilogramm des CO2-basierten Kautschuks hergestellt und dem Projektpartner IKV zur Weiterverarbeitung zum Elastomer zur Verfügung gestellt.


ProjekttitelProduction Dreams – Erarbeiten kontinuierlicher Verfahrensschritte zum Hochskalieren der Produktion von Polyethercarbonatpolyurethanen mit kovalent gebundenem Kohlenstoffdioxid

Laufzeit01.01.2016–30.09.2019



KontaktDr. Jochen Norwig Covestro Deutschland AG PUR-INN-CATChempark B103Kaiser-Wilhelm-Allee 60, 51373 LeverkusenTel.: +49 214 6009-4057E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerRheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen – Institut für Kunststoffverarbeitung

Technische Universität Berlin – Fachgebiet Technische Chemie Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule

Aachen – Lehrstuhl für Technische Thermodynamik




BildnachweisCovestro Deutschland AG

Stand Oktober 2018

www.bmbf.de

r+TeTra – TechnologietransferprojektDoppelte wissenschaftliche Kompetenz, die den Schritt vom Labor auf den Markt erleichtert: Zwei namhafte Institu-tionen erforschen im Projekt „r+TeTra“ die Erfolgsfaktoren für Innovationen. Das Technologietransferprojekt ist wissenschaftlicher Begleiter der Projektverbünde in der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“. Die Fördermaßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Innovation und ManagementIn „r+TeTra“, dem Begleit- und Transferprojekt der BMBF- Fördermaßnahme „r+Impuls“, haben sich das Compe-tence Center Nachhaltigkeit und Infrastruktursysteme des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovations-forschung ISI und die Professur für Circular Economy des Campus Straubing der Technischen Universität München zusammengeschlossen. Sie untersuchen die Erfolgs-faktoren für die Umsetzung innovativer Ressourceneffi-zienztechnologien. Darüber hinaus unterstützen sie die Projektverbünde bei der Verwertung ihrer Ergebnisse.

Das geschieht unter drei übergeordneten Aspekten:• Intensivierung des Informationsaustauschs zur effi-

zienteren Ressourcennutzung• Unterstützung der Verbreitung innovativer Ressourcen-

effizienztechnologien durch Identifizierung von Hemmnissen und Erfolgsfaktoren

• Analyse wichtiger technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Wirkungen und Potenziale einer effizien-teren Ressourcennutzung

Networking für RohstoffeffizienzDer Fokus der an „r+Impuls“ beteiligten Unternehmen richtet sich auf unterschiedliche Rohstoffe – je nach ihrer Produktionspalette und -technologie. „r+TeTra“ unter-stützt die Vernetzung und den Informationsaustausch der geförderten Projekte untereinander. Dabei werden unter anderem folgende Fragen beantwortet: In welchen Branchen kann die Effizienz der Ressourcennutzung gesteigert werden? Wie gelingt dies am besten? Wo gibt es Synergien, wo unterscheiden sich die Herausforderungen? Auch nach erfolgreicher industrieller Anwendung der neuen Technologien und Produkte unterstützt das Begleitvorhaben dabei, die technischen und wirtschaft-lichen Innovationen an potenzielle Interessenten zu kommunizieren.

Begleitung zur MarktreifeDas Hauptziel der Fördermaßnahme „r+Impuls“ ist, Inno-vationen zur Marktreife zu bringen. Bereits identifizierten Potenzialen soll durch das erfolgreiche Hochskalieren der Verfahrenstechnik inklusive der begleitenden Forschung der Weg bereitet werden.

Das Begleit- und Transferprojekt „r+TeTra“ unterstützt die Suche nach möglichen Anwendern der neuen Technolo-gien. Dazu nehmen die Wissenschaftlerinnen und Wissen-schaftler an Industriemessen teil, halten Fachvorträge bei Branchenkonferenzen und organisieren Workshops für potenzielle Interessenten. Ebenso werden Erfolgsfaktoren sowie eventuelle Hindernisse für die flächendeckende Anwendung identifiziert.

Deutschlandweites PotenzialFür alle „r+Impuls“-Vorhaben ermittelt das Begleit- und Transferprojekt „r+TeTra“ die wichtigsten technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Wirkungen und Poten-ziale. Dabei stellen die Forscherinnen und Forscher sicher, dass die Ergebnisse nach wissenschaftlichen Standards ermittelt werden und miteinander vergleichbar sind.

Wie kommen Innovationen erfolgreich auf den Markt? Das Transferprojekt „r+TeTra“ begleitet und unterstützt die Fördermaßnahme „r+Impuls“.

Weiterhin extrapolieren sie die Wirkungen auf die deutschlandweite Verbreitungsebene und überprüfen, welchen Beitrag die Gesamtwirkung zu den Nachhaltig-keitszielen der Bundesregierung leisten kann. Im Vor-dergrund stehen aus ökologischer Sicht die Steigerung der Rohstoffproduktivität und die Klimaschutzziele, aus wirtschaftlicher Perspektive werden vor allem die Verfügbarkeit kritischer Rohstoffe und die Entwicklung von Wertschöpfung und Beschäftigung beleuchtet. Diese Ergebnisse werden öffentlich dargestellt.

Vorläufige ErgebnisseZur Intensivierung des Informationsaustauschs zwischen den Vorhaben wurden 2016 und 2017 jeweils eine Kick-off- und Status-Veranstaltung durchgeführt. Als Ergebnis der ersten beiden Veranstaltungen kristallisierten sich zwei Interessensschwerpunkte heraus: die rechtlichen Anforderungen bei der Genehmigung dezentraler An-lagen und die Geschäftsmodelle für deren Betrieb. Beide Themen wurden im Rahmen eines kombinierten Work-shops unter Einbeziehung von Fachleuten im März 2018 diskutiert. 2018 wurden in einer Abschlussveranstaltung die Ergebnisse der Vorhaben öffentlich präsentiert

Die Aktivitäten von „r+TeTra“ zu Unterstützung ihrer Markteinführung laufen gerade an oder befinden sich in Planung.

Basierend auf Informationen aus den Verbünden haben die Projektpartner 2018 begonnen, die technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Wirkungen zu unter-suchen. Im Vordergrund stehen zunächst die Beiträge der Vorhaben zur Nachhaltigkeit der Ressourcennutzung sowie das wirtschaftliche Verbreitungspotenzial der von im Rahmen von „r+Impuls“ entwickelten Verfahren und Produkte. Später wird auch ihr Einfluss auf die Rohstoff-kritikalität und die gesamtwirtschaftliche Entwicklung (Beschäftigung, Wachstum) genauer untersucht.


Projekttitelr+TeTra – Technologietransferprojekt

Laufzeit01.01.2016–31.12.2020


Fördervolumen des Verbundesca. 1.500.000 Euro

KontaktDr. Dr. Christian SartoriusFraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI Breslauer Str. 48, 76139 KarlsruheTel.: +49 721 6809-118E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerTechnische Universität München – Campus Straubing für Biotechnologie und Nachhaltigkeit, Professur für Circular Economy



Redaktion und GestaltungProjektträgerschaft Ressourcen und NachhaltigkeitProjektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH

BildnachweisFraunhofer ISI

StandOktober 2018

www.bmbf.de

ReeL – Ressourceneffiziente Herstellung von Leder-chemikalienAlt verhilft Neu zu Individualität: Das Projekt „ReeL“ verwendet Reste aus der Lederproduktion zum Gerben neuen Leders. Die nachhaltige Innovation wird in einer Anlage vor Ort im Gerbereibetrieb installiert. Damit schließt sich der Kreislauf vom Abfall zum neuen Produkt dort, wo er gebraucht wird. Das spart nicht nur Ressourcen, sondern auch Logistik. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Produktionsnähe verkürzt LogistikDie Technologie von „ReeL“ ist auch eine Innovation in Sachen Logistik: Lederreste werden nicht zentral in industriellen Großanlagen im Irgendwo aufbereitet,sondern dort, wo sie anfallen. Die drei Projektpartner haben eine modulare Pilotanlage für den Betrieb ineiner Gerberei errichtet. In unmittelbarer Nähe zur Lederherstellung wird in der Anlage die hauptsächliche Innovation umgesetzt, aus den angefallenen Lederresten Gerbstoffe zu gewinnen. Die Zutaten des nachhaltigen Nachgerbstoffes bestehen aus den Schnittabfällen und Falzspänen des Leders sowie pflanzlicher Biomasse.

Zum Vorhaben „ReeL“ haben sich das Forschungsinstitut Invite, das Chemieunternehmen Lanxess und die Gerberei Heller-Leder zusammengeschlossen. Im Verlauf des dreijährigen Projekts wurde das neuartige Technologie-konzept für die Lederindustrie getestet.

Aus der Werkstatt in die WerkstattBis eine Tierhaut in Leder für Schuhe, Taschen, Jacken und Co. verwandelt wird, durchläuft sie einen vier-stufigen Produktionsprozess, in dessen Mittelpunkt das Gerben steht: Zunächst wird sie in einer Wasserwerkstatt auf den Gerbprozess vorbereitet. Dann erfolgt die Gerbung – die Haut wird stabilisiert, indem ihre Kollagenfaser chemisch fixiert wird. Beim anschließenden Nachgerben erhält das Leder seinen artikelspezifischen Charakter, indem die fixierte Ledermatrix je nach Anwendung mit Nachgerbstoffen gefüllt, mit Farbstoffen gefärbt und mit Fettungsmitteln auf Weichheit und Funktionalität eingestellt wird. Im letzten Arbeitsgang erhält die Leder-oberfläche einen dünnen Schutzfilm aus Lack. Erst nach diesen vier Schritten erfolgt die Verarbeitung zu den vielfältigen Lederprodukten.

Der im Projekt „ReeL” wiederverwertete Lederabfall ent-steht vor allem bei der Einstellung der Lederstärke, dem Falzen: Das halbfertige Leder wird nach der Gerbung durch eine rotierende Walze über die gesamte Fläche auf seine gewünschte Dicke genormt. Die dabei anfallenden Falzspäne summieren sich allein in Deutschland jedes Jahr auf etwa 7.000 Tonnen, weltweit wird die Menge auf 600.000 Tonnen jährlich geschätzt.

Neben den Falzspänen entstehen auch Schnittreste – in Deutschland schätzungsweise 1.500 bis 2.000 Tonnen jährlich. Den überwiegenden Teil dieser Abfälle entsorgen die Gerbereien derzeit mit teilweise erheblichen Kosten, eine kleine Menge wird durch Aufarbeitung einer anderen Verwertung zugeführt.

Die Pilotanlage von „ReeL“ bei der Inbetriebnahme.

Vorläufige ErgebnisseDie Pilotanlage zur nachhaltigen Gewinnung von Gerb-stoffen aus Lederresten ist erfolgreich in Betrieb genommen worden: Die erste Partie wurde im November 2017 her-gestellt. Die chemische Synthese läuft problemlos und alle Reaktionsphasen werden sehr gut kontrolliert durch-geführt. Anpassungen mussten bei der Dosierung der Falzspäne vorgenommen werden. Zudem erfolgten kleine bauliche Veränderungen am Kessel.

Derzeit werden regelmäßig Partien hergestellt, die Heller- Leder in unterschiedlichen Rezepturen in der Produktion testet. Verschiedene Applikationen wurden anwendungs-technisch bereits positiv beurteilt. Auch das hergestellte Produkt soll weiter optimiert werden. Bislang lag der Fokus primär auf einer maximalen Rückführung von Leder-resten in ein neues Produkt. Durch Variation der Produkt-charakteristik wollen die Projektpartner in Zukunft eine höhere Einsatzmenge erzielen, was den Durchsatz der Anlage erhöhen wird. Deshalb sollen im weiteren Verlauf der Pilotierung Reaktionsparameter und Rohstoffmengen variiert und so verschiedene Produkt typen hergestellt werden. Das erweitert den Einsatzbereich der Produkte und erhöht den Durchsatz pro Anlage, was sehr wichtig für die Wirtschaftlichkeit ist.

Weiterhin geplant ist eine Aufstockung des Projekts, in dem der Einsatz von chromhaltigen Falzspänen – verbunden mit einer Abtrennung/Rückführung des Chroms als Gerbstoff – pilotiert werden soll. Dies wäre für eine Vermarktung der Technologie insbesondere in Asien sehr wichtig, da hier fast ausschließlich mit Chrom gegerbt wird. Ebenso soll der Einsatz von Proteinhydrolysaten als flammhemmen-des Additiv in anderen Industrien untersucht werden. Damit könnten dann 100 Prozent der anfallenden Leder-reste einer sinnvollen Weiterverwendung zugeführt werden.


ProjekttitelReeL – Ressourceneffiziente Herstellung von Lederchemikalien

Laufzeit01.01.2016–31.12.2018



KontaktDr. Dietrich Tegtmeyer Lanxess Deutschland GmbH Kennedyplatz 1, 50679 KölnTel.: +49 221-88855395E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerInvite GmbHHeller-Leder GmbH & Co. KG




BildnachweisDietrich Tegtmeyer

StandOktober 2018

www.bmbf.de

Re-Mining – Anlage zur Wertstoffgewinnung aus sulfidischen Spülhalden und deren umweltgerechte Sanierung„Re-Mining“ nutzt Biolaugung, um wertvolle Metalle aus Bergbauhalden zu gewinnen. Gleichzeitig befreit die Techno - logie den Abraum von Schadstoffen. Das kombinierte Verfahren erhält in einer industriellen Demonstrationsanlage seinen Praxistest. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourcen-effizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Die Technologie: BiolaugungDas Augenmerk des Projekts „Re-Mining“ gilt den Schätzen, die im Abraum einstiger Bergbauhalden ruhen: wichtige Metalle und Mineralien wie Indium, Zink und Kupfer. Diese werden für die Wirtschaft zurückgewonnen. Der verbleibende Abraum wird zusätzlich von Schadstoffen befreit und verbleibt als Halde ohne weitere Umweltbelas-tungen.

Für dieses „Re-Mining“ nutzt das Projektteam die Bio-laugung (Bioleaching), die in einem Vorgängerprojekt auf ihren doppelten Verwendungszweck hin weiterentwickelt wurde. Bis dahin wurden die Mikroorganismen in der Biolaugung entweder für den Rohstoffgewinn oder für die Schadstoffbeseitigung eingesetzt. Durch das neue Ver-fahren gelang es, bis zu 90 Prozent der Wertstoffe Indium, Zink und Kupfer aus Bergbauhalden zurückzugewinnen und gleichzeitig das Haldenmaterial größtenteils von Schadstoffen wie Arsen und Cadmium zu befreien.

Die Module der InnovationDas neue Verfahren wird in einer industriellen Demonst-rationsanlage am Standort Freiberg angewandt. Diese An-lage soll insbesondere auch für potenzielle nationale und internationale Kunden die Funktionsfähigkeit in der in-dustriellen Praxis aufzeigen. Sie besteht aus drei Modulen und ist semimobil geplant – mit geringem Aufwand kann sie auf andere Halden transportiert und dort installiert werden. Das erste Modul der Anlage ist die Biolaugung. In dem Airlift-Schlaufenreaktor schließen Mikroorganismen das Haldenmaterial bei Raumtemperatur und einem bestimmten pH-Wert auf. Um das nahezu stabile und unschädliche Restmaterial aus der Laugenlösung zu filtern, wird diese in feste und flüssige Bestandteile getrennt. Im Wertstoffmodul erfolgt die hydrometallurgische Trennung,

im Umweltmodul kommt es schließlich zur Abtrennung verbliebener Schadstoffe. Das Prozesswasser wird im Kreislauf geführt und wiederverwendet.

Während einer einjährigen Projektierungsphase werden alle genehmigungsrechtlichen Fragestellungen gelöst, die Anlage geplant sowie Sonderausrüstungen konstruiert. In der folgenden zweijährigen Projektphase folgen Bau, Inbetriebnahme und Optimierung der Anlage sowie die Ausarbeitung von Vermarktungsstrategie und Business-plan. Nach Ablauf des dreijährigen Projekts erfolgt die internationale Vermarktung der Technologie.

Die ForschungspartnerUnter Federführung der G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft arbeiten die Saxonia Standortentwicklungs- und ver-waltungsgesellschaft mbH sowie das Helmholtz-Institut

„Re-Mining“ gewinnt Metalle aus Bergbauhalden zurück und befreit die Halden von Schadstoffen.

Freiberg für Ressourcentechnologie. Die G.E.O.S. als geo-technischer Dienstleister und Erfinder der verwendeten Bioleaching-Technologie übernimmt das Projektmanage-ment und gemeinsam mit dem Helmholtz-Institut die Planung, Konstruktion und Analyse der Anlage sowie die Marketingstrategie. Die Saxonia GmbH klärt alle Standort-fragen und übernimmt das Genehmigungsmanagement.

Vorläufige ErgebnisseDie bisher im 0,1 m³-Bioreaktor gesammelten Erkenntnis-se zur biologischen Laugung wurden auf die 2 m³-Pilot- anlage hochskaliert und in die drei Hauptprozessschritte aufgeteilt: biologische Laugung im Airlift-Prinzip, Fest- Flüssig-Trennung mittels Dekanter sowie Nachbehandlung (zum Beispiel Eisenfällung). Damit die Anlage künftig auch an anderen Standorten eingesetzt werden kann, ist die gesamte Technik in 20-Zoll-Seecontainern untergebracht. Die Planung erfolgte nach den Normen- und Regelwerken für Abwasseraufbereitungsanlagen und wurde im Rahmen einer gutachterlichen Stellungnahme hinsichtlich Wasser-gefährdung durch einen Sachverständigen bestätigt.

Neben der Anlagenauslegung war das Genehmigungs-management wesentlicher Bestandteil der ersten Phase. Der Anlagenbau und -betrieb sowie die Entnahme von Haldenmaterial erfordern eine genehmigungsrechtliche Abstimmung inklusive Klärung aller öffentlich-rechtlichen Belange. Hierzu gehören das Baurecht, das Abfall- und Bodenschutzrecht, die Forst-, Wasser- und Immissions-schutzbehörde sowie der Denkmalschutz. Um besonders schützenswerte Tierarten nicht zu beeinträchtigen, sind Vermeidungs- und Minderungsmaßnahmen notwendig. Vor der Materialentnahme wurde daher ein temporärer Amphibienschutzzaun errichtet.

Für den Betrieb der Anlage ist die infrastrukturelle Er-schließung mit Zugang zu Strom, Wasser und Abwasser eine wichtige Voraussetzung. Um kosten- und ressourcen-effizient zu arbeiten, wird die Anlage in unmittelbarer Nähe eines Projektpartners aufgebaut.

Eine Marktanalyse ist in Arbeit.


ProjekttitelRe-Mining – Anlage zur Wertstoffgewinnung aus sulfidischen Spülhalden und deren umweltgerechte Sanierung

Laufzeit01.03.2017–28.02.2020



KontaktFalk ThürigenG.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH Schwarze Kiefern 2, 09633 Halsbrücke Tel.: +49 3731 369-133E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerSaxonia Standortentwicklungs- und verwaltungs- gesellschaft mbH

Helmholtz-Zentrum Dresden – Rossendorf e. V. – Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie




BildnachweisG.E.O.S.

StandOktober 2018

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Schmelzinjekt-II – Vollständige Verwertung von zink-haltigen Filterstäuben durch SchmelzbadinjektionMit einem neuen Schmelzbad-Injektionsverfahren bereitet das Projekt „Schmelzinjekt-II“ zinkhaltige Filterstäube aus Schmelz- und Gießereibetrieben auf. Damit schließt das Vorhaben eine Marktlücke: Die neue Technologie gewinnt Zink und weitere Rohstoffe direkt vor Ort in den Betrieben zurück. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die inno-vative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Die Verbindung von Zink und StahlMehr als die Hälfte des weltweit erzeugten Zinks dient dem Korrosionsschutz von Stahlblechen oder Stahlbau-teilen. Der Bedarf an verzinkten Stählen steigt. Am Ende des Produktlebenszyklus werden die verzinkten Stahl-produkte im Stahlwerk oder in Gießereien zu neuem Stahl eingeschmolzen. Dabei geht das enthaltene Zink im Filter-staub verloren, ebenso weitere prozessspezifische Bestand-teile wie Eisenoxid oder Kohlenstoff.

Zum Aufarbeiten zinkhaltiger Rückstände haben sich zwar großtechnische, externe Verfahren wie das Wälzverfahren etabliert, diese eignen sich aber nicht für den dezentralen, betriebsinternen Einsatz. Zudem bieten sie meist keine vollständige stoffliche Verwertung der weiteren enthalte-nen Komponenten.

Schmelzbad-Injektion zur ZinkanreicherungDas im Projekt entwickelte Schmelzinjekt-Verfahren schließt diese Lücke: Es gewinnt Zink aus dem Filterstaub des Stahlrecyclingprozesses zurück. Auch die anderen wertvollen Bestandteile des Staubs, beispielsweise Eisen, werden wiederverwertet. Dafür werden die zinkhaltigen Filterstäube über eine Tauchlanze in die Roheiseschmelze eines Induktions-Schmelzofens injiziert. Die im Filter-staub enthaltenen Eisen- und Zinkoxide werden im Eisen- schmelzbad zu Metall reduziert. Das metallische Zink ver-dampft dabei selektiv und oxidiert wieder zu festem Zink-oxid. Dieses wird staubförmig als hoch zinkangereichertes Hauptprodukt in einer Filteranlage abgeschieden. Das enthaltene Eisen wird zu hochwertigem Gusseisen, der Kohlenstoff dient vorwiegend als Reduktionsmittel.

In einem vorangegangenen Vorhaben der DK Recycling und Roheisen GmbH wurde bereits nachgewiesen, dass mit dem Schmelzbad-Injektionsverfahren aus Filter-staub mit zirka 30 Prozent Zinkanteil ein hochqualitatives Zinkoxid-Produkt mit durchschnittlich 61 Prozent Zink

erzeugt werden kann. Das Projekt „Schmelzinjekt-II“ unternimmt nun erstmals stabile Langzeit-Betriebsversuche, um belastbare technisch-wirtschaftliche Kenngrößen für den zukünftigen industriellen Einsatz zu ermitteln. Am Projektende soll ein stabiles Verfahren etabliert sein, das in Recyclingbetrieben und insbesondere in klein- und mittelständischen Schmelz- oder Gießereibetrieben nutz-bar ist.

Demonstration im UnternehmenProjektpartner der DK Recycling und Roheisen GmbH ist die VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH. Die Arbeiten des Recyclingunternehmens umfassen das Konzipieren und den Bau der Demonstrationsanlage für die Schmelz-bad-Injektion, die vollständig in die betrieblichen Stoff-fluss- und Steuerungssysteme integriert sein wird, sowie die Durchführung der Demonstrationsversuche. Dabei wird vor allem firmeneigener, zinkhaltiger Filterstaub aus dem Hochofen verarbeitet. Das Betriebsforschungs-institut ist für begleitende Forschungsarbeiten und für die Prozessbilanzierung verantwortlich.

Messungen an Schlauchfilteranlagen.

Vorläufige ErgebnisseZunächst erarbeiteten die Projektpartner ein Konzept für die Aufrüstung der Versuchsanlage. Ebenso erstellten sie ein Betriebs- und Sicherheitskonzept, das zusätzliche Anlagenkomponenten beinhaltet:

• Förderer von der Anfallstelle des Einsatzmaterials zur Absiebung

• Rundsieb zur Absiebung • Doppelwellenmischer zur gleichmäßigen Anfeuchtung

des Einsatzmaterials bei Austrag (bei Stillstand der Schmelzbad-Injektion)

• Kühl-Förderer vom Sieb zur Injektionsanlage• Vorratsbehälter als Pufferbehälter für die Injektionsanlage

In diversen Messreihen identifizierten die Projektpartner Maßnahmen, mit denen sich das Produktstaub-Abreinigungs- system der Schlauchfilteranlage in Betrieb nehmen lässt. Dazu führten sie unter anderem in ausgewählten Filter-schläuchen Druckimpulsmessungen während des Abreini-gungszyklus durch. Wichtigstes Messergebnis: Das durch den Abreinigungsimpuls eingebrachte Gasvolumen reicht nicht aus, um an allen Filterschläuchen einen gleichmäßigen Druckimpuls zur Abreinigung des Filterstaubs zu erzeugen. Daher wird ein neues Düsensystem, das mehr Abreinigungs-luft während der Abreinigungsimpulse zur Verfügung stellt, verwendet.

Weiterhin führten die Projektpartner Versuche zur Bestimmung des Mischverhaltens des Gichtstaubs im Doppelwellenmischer bei Befeuchtung durch. Zudem wiesen sie Wasserstoffentwicklung bei der Verwendung von frischem und heißem Gichtstaub nach. Die Vorbe-reitungen zum Bau des ersten Teils der Demonstrations-anlage begannen im zweiten Halbjahr 2018.


ProjekttitelSchmelzinjekt-II – Vollständige Verwertung von zinkhaltigen Filterstäuben durch Schmelzbadinjektion

Laufzeit01.01.2017–31.12.2019



KontaktDr. Carsten HillmannDK Recycling und Roheisen GmbH Werthauser Str. 182, 47053 DuisburgTel.: +49 203 6081-237E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerVDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH




BildnachweisDK Recycling und Roheisen GmbH

Stand Oktober 2018

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STRATEGO – Bau und Betrieb einer HMVA-Aufberei-tungsanlage zur Maximierung der Rückgewinnung von strategischen Metallen unter Optimierung der Verwertbarkeit der dabei erzeugten Mineralikfrak-tionen„STRATEGO“ gewinnt Kupfer und andere Metalle aus kleinsten Partikeln des Hausmülls zurück. Die Pilotanlage bereitet zudem die mineralischen Reststoffe zu Materialien für den Straßenbau auf. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r+Impuls – Impulse für industrielle Ressourceneffizienz“ gefördert. Die Maßnahme unterstützt Projekte, die innovative Technologien und Produkte aus dem Labor in die wirtschaftliche Anwendung bringen.

Kleinste Körner aus der HausmüllverbrennungJedes Jahr fallen in Deutschland rund fünf Millionen Tonnen Hausmüllverbrennungsaschen (HMVA) an. Sie enthalten rund zehn Prozent Metall. Zum Großteil handelt es sich um Eisenmetalle; zu einem kleineren Teil um Nichteisenmetalle wie Aluminium, Kupfer und Edel-metalle. Bisher ist eine Metallrückgewinnung nur aus dem Ascheanteil möglich, der eine Korngröße von mehr als drei Millimetern hat. Die kleinere Feinfraktion wird häufig vorab ausgesiebt und deponiert, die Wertstoffe gehen verloren.

An diesem Punkt setzt „STRATEGO“ an: Die Partner entwickeln und errichten eine industrielle Anlage, die auch kleinste Partikel mit einer Größe zwischen 0,5 und 3 Millimetern aufbereiten kann. In diesen ist etwa die Hälfte aller in der Asche vorhandenen Nichteisenmetalle ent-halten. Die Qualität der zurückgewonnenen Metalle soll den jeweiligen Primärmetallen entsprechen. Ein weiteres Augenmerk des Projekts liegt auf den Mineralien, die mehr als drei Viertel der Hausmüllasche ausmachen. Auch diese werden gewonnen und können als Ersatzbaustoff verwendet werden – mit besonderen bauphysikalischen Eigenschaften. Das spart Primärrohstoffe und Deponie-raum.

Technologie mit HochgeschwindigkeitIn einem Vorgängerprojekt wurde bereits eine Techno logie entwickelt und im Technikumsmaßstab erprobt. Die Menge der aus Hausmüllasche zurückgewonnen Nichteisen-metalle wurde hier verdoppelt. So wird deutschlandweit eine Rückgewinnung von jährlich 27.000 Tonnen Nicht-eisenmetallen aus 5,4 Millionen Tonnen Hausmüllasche möglich. Im nun anschließenden Vorhaben entwickeln

die Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft die Tech-nologie für den Einsatz im großtechnischen Maßstab weiter. Herzstück der Innovation ist die Hochgeschwin-digkeits-Prallzerkleinerung der Aschepartikel mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1.280 Kilometern pro Stunde. Durch den Aufprall werden die Metalle freigesprengt und für das Recycling erschlossen. Neben der Optimierung dieser Technologie will „STRATEGO“ auch die Rahmen-bedingungen für die Anlage effizienter gestalten, unter anderem die Anlage komplett mit erneuerbaren Energien betreiben sowie Kreisläufe innerhalb der Ascheaufberei-tung schaffen.

Erfahrenes ProjektteamFür „STRATEGO“ haben sich die Unternehmen H-U-R Hamburg GmbH Hamburger-Umwelt-Recyclingtechnolo-gien und C.C. Umwelt AG aus Krefeld mit dem Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft – Abfallressourcen-wirtschaft der Technischen Universität Hamburg-Harburg zusammengeschlossen. Die Ingenieure von H-U-R sind ausgewiesene Experten auf dem Gebiet der Hochge-schwindigkeits-Aufpralltechnologie. Die C.C. Umwelt AG unterhält in Krefeld, Hagen, Würzburg und Schwandorf

NE-/Edelmetallpartikel nach dem Hochgeschwindigkeitsaufschluss.

große HMVA-Aufbereitungszentren mit einer Jahreskapa-zität von 750.000 Tonnen. Das Unternehmen ist speziali-siert auf die Verarbeitung von Schlacken und Aschen aus Industrie und Müllverbrennungsanlagen. Im Rahmen des Vorhabens wird eine Aufbereitungsanlage am Hauptsitz in Krefeld errichtet und betrieben.

Forschende des Lehrstuhls Abfallressourcenwirtschaft am Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft der Technischen Universität Hamburg-Harburg sind für die Modellierung, Simulation, Beprobung und Analytik der neuen Anlage zuständig. Aus ihren Vorarbeiten, ergänzenden Stoffstromanalysen und der Untersuchung vorhandener Rohstoffqualitäten entsteht ein verfahrenstechnisches Prozessmodell. Dieses wird durch Softwaretools unter-stützt.

Vorläufige ErgebnisseDie Projektierung und Entwicklung der Aufbereitungs-anlage wurde Mitte 2018 abgeschlossen. Die C.C. Umwelt AG hat in Krefeld eine etwa 2.800 Quadratmeter große Halle für die Installation der gesamten Aufbereitungs-anlage baulich fertiggestellt. Die H-U-R Hamburg GmbH hat neue Verfahren getestet. Die Ergebnisse der erfolg-reichen Tests flossen in die Entwicklung der Aufbereitungs-anlage ein. Im Fokus stand der Aufschluss kleinster Nicht-eisen- und Edelmetallpartikel mit einer Größe zwischen 0,2 und einem Millimeter, die zuvor fest in der HMVA verzundert und damit eingebettet waren.

Es wurde nachgewiesen, dass mit abnehmender Korngröße (unter drei Millimetern) der Anteil an Rohkupfer und Edel-metallen im Nichteisenmetallgemisch auf über 45 Massen-prozent ansteigt. Schmelzanalysen zur Qualität dieser Schwermetallkonzentrate führte die Aurubis AG durch. Der Silbergehalt beträgt zwischen 2.494 und 2.527 Gramm pro Tonne, der Goldgehalt 107 bis 118 Gramm pro Tonne. Auch wurden in der Schwerfraktion Spuren von Palla-dium und Platin nachgewiesen. Mehrere Testreihen haben gezeigt, dass von den enthaltenen Nichteisenmetallen mit einer Korngröße von bis zu drei Millimetern mit dem neuen Verfahren 95,6 Prozent durch den Hochgeschwin-digkeits-Aufprall aufgeschlossen und zurückgewonnen werden können.


ProjekttitelSTRATEGO – Bau und Betrieb einer HMVA-Aufbereitungs-anlage zur Maximierung der Rückgewinnung von strategischen Metallen unter Optimierung der Verwertbarkeit der dabei erzeugten Mineralikfraktionen

Laufzeit01.03.2017–30.06.2020



KontaktClaus GronholzH-U-R Hamburg GmbHHamburger-Umwelt-Recyclingtechnologien Glockengießerwall 26, 20095 HamburgTel.: +49 172 8919498E-Mail: [email protected]

ProjektpartnerC.C. Umwelt AG

Technische Universität Hamburg-Harburg – Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft – Abfallressourcen-wirtschaft


HerausgeberBundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Referat Ressourcen Kreislaufwirtschaft; Geoforschung53170 Bonn


BildnachweisH-U-R

StandOktober 2018

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