Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILTMünchen / 30. Mai 2022 - 03. Juni 2022
IFAT
Besuchen Sie uns!
Die IFAT ist die Weltleitmesse für Umwelttechnologien und die größte internationale Plattform zum Austausch in den Bereichen Wasser-, Abwasser-, Abfall und Rohstoffwirtschaft.
Auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand B2.215/314 präsentieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer ILT auf der IFAT 2022 Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung u. a. zu den folgenden Themen:
Laserverfahren für effizientes Wertstoff-Recycling
Mit deutschen und internationalen Partnern geht das Fraunhofer ILT neue Wege bei der Entwicklung und Umsetzung moderner Recyclingverfahren. An Stelle des Rohstoffabbaus wird bei der Wertstoffgewinnung auf das Recycling von nicht mehr genutzten Bauteilen und Komponenten gesetzt. Wertstoffe mit hoher wirtschaftlicher Bedeutung lassen sich dank Lasereinsatz im industriellen Maßstab effizient recyceln, sodass die Abhängigkeit Deutschlands und Europas von Rohstofflieferungen aus anderen Regionen der Welt verringert werden kann.
LIBS-Messungen an einem Stoffstrom für das Aluminium-Recycling.
Zum Einsatz kommt dabei u. a. die Laser-Emissionsspektroskopie (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy LIBS), die eine besonders schnelle und genaue Materialidentifizierung erlaubt. Damit lässt sich selbst in kleinen Proben bzw. Teilen eine Vielzahl an Elementen oder Inhaltsstoffen identifizieren – automatisch, schnell und berührungslos. Entwickelte Maschinen verknüpfen in mehreren Bearbeitungsstufen z. B. Lasertechnik, Bildverarbeitung und Robotik miteinander. Laser eignen sich hier für diverse Aufgaben, etwa für die 3D-Messtechnik, die Echtzeit-Identifizierung von Inhaltsstoffen oder für das berührungslose Freilegen und Entlöten. Damit lassen sich Bauteile gezielt demontieren bzw. wertvolle Legierungen separieren, um in kurzen Zeiten hohe Sortenreinheiten zu erzielen. Entwickelte Technologien werden in der industriellen Praxis bei Partnerunternehmen bereits eingesetzt und funktionieren zuverlässig.
Effiziente Analyse von Metallschrotten auf einem Förderband mittels LIBS.
Metalle – Stoffströme, Sortierung im Hochdurchsatz, Roboter-Sortierung
Metalle gehören zu den Rohstoffen, die sich nahezu ohne Qualitätsverlust recyceln lassen, sofern sie mit hoher Reinheit getrennt gesammelt werden. Am Fraunhofer ILT werden Laserverfahren entwickelt, die im Vergleich zu herkömmlichen Methoden ein schnelleres, genaueres und effizienteres Erkennen und Sortieren von Legierungen in Metallschrotten erlauben.
Mit Hilfe des LIBS-Verfahrens lässt sich die Zusammensetzung der Legierungsbestandteile für Schrottstücke auf einem Förderband analysieren und die zugehörige Sortierklasse bestimmen. Die Multielementanalyse ermöglicht dabei die schnelle Erkennung einer großen Anzahl von Legierungen. Um dieses Potenzial nutzbar zu machen, wird die automatische Sortierung neben etablierten Trenntechniken auch mit Robotern umgesetzt. Eine entsprechende Pilotanlage wurde in einem industriellen Recyclingunternehmen in Betrieb genommen, um Sonderlegierungen wie Schnellarbeitsstähle oder Hartmetalle vollautomatisch zu sortieren.
Im europäischen Verbundprojekt REVaMP arbeitet das ILT daran mit, bestehende Recyclingprozesse für Metallschrotte noch effizienter zu machen. Dafür werden unter anderem laseranalytische Methoden erarbeitet, um die Zusammensetzung der eingesetzten Stoffströme genauer zu bestimmen und damit die Recyclingverfahren weiter zu verbessern.
Weitere Informationen zum Projekt REVaMP:
Elektronik
Technologie-Metalle und seltene Erden sind wichtige Rohstoffe, die in vielen elektronischen Geräten genutzt werden. Mit Laserverfahren lassen sich Elektronik-Baugruppen am Ende ihrer Nutzungsdauer automatisiert und effizient in ihre Einzelteile zerlegen. Wertvolle Materialien können mit dem Laser noch im eingebauten Zustand erkannt und gezielt von den übrigen Werk- und Wertstoffen getrennt werden, sodass separate, hochkonzentrierte Sortierfraktionen für die einzelnen Materialien entstehen. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise alte Mobiltelefone und Leiterplatinen prozesssicher und automatisiert in ihre Bestandteile zerlegen, sodass sich wertvolle Rohstoffe für die Wiederverwertung in neuer Elektronik gewinnen lassen.
Gezielte Analyse einzelner Komponenten in Altelektronik mit LIBS.
LIBS-Verfahren zur Analyse von Feuerfeststeinen.
Feuerfeste Materialien
Feuerfestmaterialien haben unter den technischen Mineralien eine große Bedeutung, da sie für alle Hochtemperaturprozesse unverzichtbar sind. Eine sortenreine Rückführung wird dadurch erschwert, dass das Material nach dem Ausbruch gemischt und verunreinigt vorliegt und mit herkömmlichen Verfahren nicht zuverlässig erkannt und sortiert werden kann. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer ILT haben ein Verfahren zur automatischen Sortierung entwickelt, das auf einer Analyse des Materials mittels LIBS basiert. Mit der Kombination von Laserablation und LIBS lassen sich dabei oberflächennahe Verunreinigungen lokal entfernen und darunterliegende Feuerfestmaterialien anhand der chemischen Zusammensetzungen identifizieren.
Laserverfahren für eine nachhaltige Primärrohstoffgewinnung
LIBS kann im Bereich der Primärrohstoffgewinnung zur stofflichen Analyse von mineralischen Rohstoffen verwendet werden. Mit einer Ausrichtung der Gewinnung und Aufbereitung von Rohstoffen auf das nutzbare Gestein lassen sich Lagerstätten gezielter abbauen und länger nutzen. In der Verwertung ermöglicht der Einsatz von Lasertechnik die Einsparung von Rohstoffen und Energie und damit eine Schonung der natürlichen Ressourcen.
Messverfahren für Bohrkernanalysen
Bohrkerne werden bei der geologischen Erkundung gewonnen und müssen detailliert untersucht werden, um Gesteinsformationen zu identifizieren und Hinweise auf Lagerstätten wertvoller Rohstoffe zu erhalten. Für automatisierte Untersuchungen werden heute bereits Bohrkernscanner mit Röntgentechnologie verwendet, die vor allem schwere Elemente detektieren. Mit LIBS können zudem nahezu alle chemischen Elemente gemessen werden, einschließlich der leichten Elemente, die für die Beurteilung von Gesteinsproben von großer Bedeutung sind. Mit einem auf der Laser-Raman-Spektroskopie beruhenden Messsystem lassen sich chemische Bindungen identifizieren und somit einzelne Mineralien spezifisch nachweisen.
Grafische Darstellung eines Lasersensors zur Integration in einen Bohrkernscanner.
Kombinierte Messverfahren beschleunigen die Analyse von Bohrkernen und vereinfachen die Interpretation ihrer Zusammensetzung. Die geologischen Formationen am Untersuchungsort lassen sich so effizienter auf das Vorkommen wertvoller Rohstoffe oder auf Eigenschaften wie die Gesteinsstabilität hin untersuchen. Am Fraunhofer ILT werden entsprechende Messverfahren entwickelt, mit denen sich insbesondere auch kompakte Sensormodule aufbauen lassen.
Laserbasierte Bohrstaub-Analysen
Der Einsatz von laserbasierten Online-Messsystemen zur chemischen Analyse in der Gewinnung mineralischer Rohstoffe ermöglicht die Erstellung genauer Lagerstättenmodelle. Damit können die unerwünschte Gewinnung von Nebengestein vermindert und erhebliche Kostenreduzierungen erzielt werden. Die rauen Einsatzumgebungen stellen dabei hohe Anforderungen hinsichtlich Vibrations-, Staub- und Wasserfestigkeit an die entsprechenden Analysemodule.
Die beim Bohren oder Schneiden entstehenden Gesteinsstäube lassen sich absaugen und mittels LIBS direkt im Luftstrom chemisch analysieren, um z. B. die Gehalte von Magnesium, Silizium, Blei und Aluminium in Kalkstein zu bestimmen. Mit den Ergebnissen der Analyse können Lagerstättenmodelle und die Steuerung des Abbaus optimiert werden. Das Verfahren eignet sich u. a. für den Einsatz in der Rohstoffgewinnung und -aufbereitung, z. B. in Kalksteinbrüchen und Zementwerken, oder auch für die Gewinnung von Kupfer oder Gold.