Recyclingprozesse von Fahrzeug-Kabelsträngen im Vergleich unter besonderer Berücksichtigung des Kupferanteils
©2002
Diplomarbeit
174 Seiten
Zusammenfassung
Inhaltsangabe:Hinweis:
Ein Artikel über diese Diplomarbeit erscheint in englischer Sprache in der August-Ausgabe 2004 der Fachpublikation World of Metallurgy Erzmetall, herausgegeben vom Nichteisen-Metallurgie-Verband Deutschlands.
Zusammenfassung:
Mit der EU-Altauto-Richtlinie wird für die Fahrzeugindustrie festgelegt, dass ab 2006 lediglich 15 % und ab 2015 nur noch 5 % eines Fahrzeugs deponiert werden dürfen. Das Steigern der Recyclingquote von Altfahrzeugen und deren Bauteilen ist somit heute ein zentrales Thema.
Daher wurde eine Diplomarbeit erstellt, in der aktuelle und in Entwicklung befindliche industrielle Verwertungsprozesse des Leitungssatzes (Kabelstrangs) untersucht und bewertet werden: des Leitungssatzes als einem Bauteil, das bis zu 65% des in Fahrzeugen verbauten Kupfers enthält. Da Kupfer einen hohen Materialwert besitzt und schon bei kleinsten Gehalten in Stahl und Kunststoffen deren Eigenschaftsprofil stark verschlechtert, wird hierauf speziell eingegangen.
Um Praxisnähe zu gewährleisten, wurde die Arbeit in einem Automobilunternehmen erstellt. Daneben erfolgte eine enge Zusammenarbeit mit mehreren Zulieferfirmen sowie mit Betreibern der Verwertungsprozesse. Firmen wie Delphi, Lear, voestalpine, RRO, KME, NA und Cablo und ihre Ansprechpartner sind in der Arbeit genannt. Inzwischen werden in diesem Automobilunternehmen einige der erarbeiteten Vorschläge umgesetzt und die Zusammenarbeit mit einigen der o. g. Firmen wie z.B. Delphi vertieft.
Es werden konkrete Verwertungsprozesse des Leitungssatzes vom vollständigen Schreddern über die Teildemontage bis zur vollständigen Demontage auf ihre wirtschaftliche, ökologische und technische Tragfähigkeit hin untersucht und anschließend bewertet. Qualifizierte Zahlen zu relevanten Kosten, Ausbeute, Tonnagen etc. der oben genannten Firmen sind detailliert angeführt.
Eine wichtige Erkenntnis ist, dass schon heute eine Teildemontage des Leitungssatzes wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll ist. Hierfür wurde ein beispielhafter Demontageprozess entwickelt und erprobt. Im Anschluss werden Vorschläge zur verbesserten, recyclinggerechten Konstruktion von Leitungssätzen gegeben.
Zudem werden im Zuge dieser Arbeit die folgenden Themen besprochen:
- Relevante rechtliche Rahmenbedingungen wie die EU-Altauto-Richtlinie.
- Kupfer, Kunststoffe und ihre möglichen Verwertungswege.
- Bauteile und Materialien von […]
Ein Artikel über diese Diplomarbeit erscheint in englischer Sprache in der August-Ausgabe 2004 der Fachpublikation World of Metallurgy Erzmetall, herausgegeben vom Nichteisen-Metallurgie-Verband Deutschlands.
Zusammenfassung:
Mit der EU-Altauto-Richtlinie wird für die Fahrzeugindustrie festgelegt, dass ab 2006 lediglich 15 % und ab 2015 nur noch 5 % eines Fahrzeugs deponiert werden dürfen. Das Steigern der Recyclingquote von Altfahrzeugen und deren Bauteilen ist somit heute ein zentrales Thema.
Daher wurde eine Diplomarbeit erstellt, in der aktuelle und in Entwicklung befindliche industrielle Verwertungsprozesse des Leitungssatzes (Kabelstrangs) untersucht und bewertet werden: des Leitungssatzes als einem Bauteil, das bis zu 65% des in Fahrzeugen verbauten Kupfers enthält. Da Kupfer einen hohen Materialwert besitzt und schon bei kleinsten Gehalten in Stahl und Kunststoffen deren Eigenschaftsprofil stark verschlechtert, wird hierauf speziell eingegangen.
Um Praxisnähe zu gewährleisten, wurde die Arbeit in einem Automobilunternehmen erstellt. Daneben erfolgte eine enge Zusammenarbeit mit mehreren Zulieferfirmen sowie mit Betreibern der Verwertungsprozesse. Firmen wie Delphi, Lear, voestalpine, RRO, KME, NA und Cablo und ihre Ansprechpartner sind in der Arbeit genannt. Inzwischen werden in diesem Automobilunternehmen einige der erarbeiteten Vorschläge umgesetzt und die Zusammenarbeit mit einigen der o. g. Firmen wie z.B. Delphi vertieft.
Es werden konkrete Verwertungsprozesse des Leitungssatzes vom vollständigen Schreddern über die Teildemontage bis zur vollständigen Demontage auf ihre wirtschaftliche, ökologische und technische Tragfähigkeit hin untersucht und anschließend bewertet. Qualifizierte Zahlen zu relevanten Kosten, Ausbeute, Tonnagen etc. der oben genannten Firmen sind detailliert angeführt.
Eine wichtige Erkenntnis ist, dass schon heute eine Teildemontage des Leitungssatzes wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll ist. Hierfür wurde ein beispielhafter Demontageprozess entwickelt und erprobt. Im Anschluss werden Vorschläge zur verbesserten, recyclinggerechten Konstruktion von Leitungssätzen gegeben.
Zudem werden im Zuge dieser Arbeit die folgenden Themen besprochen:
- Relevante rechtliche Rahmenbedingungen wie die EU-Altauto-Richtlinie.
- Kupfer, Kunststoffe und ihre möglichen Verwertungswege.
- Bauteile und Materialien von […]
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
ID 5601
von Zitzewitz, Alexander: Recyclingprozesse von Fahrzeug-Kabelsträngen im Vergleich
unter besonderer Berücksichtigung des Kupferanteils
Hamburg: Diplomica GmbH, 2003
Zugl.: Leoben, Universität, Diplomarbeit, 2002
Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte,
insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von
Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der
Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen,
bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung
dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen
der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik
Deutschland in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich
vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des
Urheberrechtes.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in
diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme,
dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei
zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.
Die Informationen in diesem Werk wurden mit Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können
Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden, und die Diplomarbeiten Agentur, die
Autoren oder Übersetzer übernehmen keine juristische Verantwortung oder irgendeine
Haftung für evtl. verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen.
Diplomica GmbH
http://www.diplom.de, Hamburg 2003
Printed in Germany
- VIII -
INHALTSVERZEICHNIS
1
EINFÜHRUNG ... 1
1.1
Erläuterung der Problematik ... 1
1.2
Aufgabenstellung und Zielsetzung ... 1
2
HINTERGRUND... 3
2.1
Fahrzeugbau ... 3
2.2
Rechtliche Rahmenbedingungen ... 4
2.3
Definitionen ... 8
2.4
Aktuelle Verwertung von Altfahrzeugen... 8
2.5
Konstruktion ... 10
3
KUPFER... 12
3.1
Verwendung, Eigenschaften und Herstellung... 12
3.2
Verwendung von Kupfer in Fahrzeugen... 12
3.3
Verwertung von Kupferschrotten... 16
3.4
Kupfer als Verunreinigungselement... 23
4
KUNSTSTOFFE... 24
4.1
Leitungssatzrelevante Kunststoffe u. ihre Verwertungseignung... 24
4.2
Additive... 26
4.3
Separierung von Kunststoffsorten... 27
4.4
Verwertungsverfahren für Kunststoffe... 29
4.5
Probleme bei der Kunststoffverwertung... 30
5
DER LEITUNGSSATZ ... 33
5.1
Einführung ... 33
5.2
Gewicht, Größe und Aussehen ... 33
5.3
Herstellung und Verteilung des Leitungssatzes im Fahrzeug... 34
5.4
Bauteile und Materialien... 35
5.5
Verwertung von Leitungssätzen... 41
- IX -
6
VERWERTUNG OHNE LEITUNGSSATZDEMONTAGE ... 42
6.1
Schreddern... 42
6.2
Verwertung der Schredderprodukte... 47
7
VERWERTUNG BEI LEITUNGSSATZDEMONTAGE... 59
7.1
Demontage des Leitungssatzes... 59
7.2
Verwertung des demontierten Leitungssatzes... 71
8
VERWERTUNG DER KUPFERFRAKTIONEN... 83
8.1
Einführung... 83
8.2
Verwertung vollständiger Leitungssätze ... 83
8.3
Sekundärhütte (Montanwerke Brixlegg) [59] ... 83
8.4
Sekundärhütte (Hüttenwerke Kayser AG) ... 87
8.5
Legierungswerk (KME) ... 88
9
BEWERTUNG DER VERWERTUNGSPROZESSE... 91
9.1
Einführung... 91
9.2
Methodik... 92
9.3
Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens ... 93
9.4
Sachbilanz... 94
9.5
Auswertung ... 105
10
KONSTRUKTIVE EMPFEHLUNGEN ... 108
10.1
Einführung... 108
10.2
Allgemein ... 108
10.3
Schredder: Separation und Werkstoffauswahl ... 109
10.4
Demontage und Verbindungstechniken... 111
10.5
Sonstige konkrete Empfehlungen... 115
11
ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK ... 116
- X -
12
ANHANG... 118
12.1
Definitionen (zu Kapitel 2.3) ... 118
12.2
Kupfer Eigenschaften, Herstellung, etc. (zu Kapitel 3.1) ... 121
12.3
Kunststoffe (zu Kapitel 4) ... 124
12.4
Verwertungsverfahren für Kunststoffe (zu Kapitel 4.4) ... 126
12.5
Demontageprozess des Prototypen 1 (zu Kapitel 7.1.4) ... 131
12.6
Verwertungsprozesse in Schaubildern... 135
12.7
Bewertung von Szenario 3: Tabellen (zu Kapitel 9.4.2)... 143
13
VERZEICHNISSE ... 164
13.1
Abbildungsverzeichnis ... 164
13.2
Tabellenverzeichnis... 165
13.3
Literatur- und Quellenverzeichnis ... 166
Einführung
- 1 -
1 EINFÜHRUNG
1.1 Erläuterung der Problematik
Die Automobilindustrie ist einer der größten Wirtschaftszweige der Welt. Lange Zeit hat man der
Entsorgung von Altfahrzeugen keine wesentliche Bedeutung beigemessen, obwohl die zu entsorgen-
de Menge aufgrund der zunehmenden Mobilität der Gesellschaft von Jahr zu Jahr größer wird.
Heute werden nach Auskunft von Fahrzeugherstellern in Westeuropa 75 bis 80 % eines Fahrzeuges
verwertet. Das verbleibende Viertel wird nach wie vor auf
Deponien
abgelagert. Deponieflächen sind
zunehmend knapp und die Ausweitung von Deponien scheitert häufig an gestiegenen Sicherheitsan-
sprüchen sowie an der Inakzeptanz der Bevölkerung. Um die deponierten Mengen zu verringern
sowie Umwelt und Rohstoffressourcen gleichermaßen zu schonen, muss die Recycling- bzw. Verwer-
tungsquote erhöht werden. Hierfür sind intensive Forschung bei Konstruktion (Eco-Design) und
Verwertungsprozessen nötig.
Diese Erkenntnis hat die EU veranlasst, eine Reihe von Maßnahmen einzuleiten, die die Entstehung
von Abfällen senken und den Schadstoffeintrag in Abfälle reduzieren sollen. So erfordert die
EU-
Altauto-Richtlinie
ab dem Jahr 2015 95 % Wiederverwendung, Recycling oder Verwertung von
Altfahrzeugen. Die Beseitigung der Reststoffe beschränkt sich auf die verbleibenden 5 %; und dies zu
sehr hohen Kosten. [1]
1.2 Aufgabenstellung und Zielsetzung
Es sollen verschiedene
Prozesse zur Verwertung des Leitungssatzes
aus Altfahrzeugen auf ihre
wirtschaftliche, ökologische und technische Tragfähigkeit untersucht werden. Der Leitungssatz ist aus
der Perspektive des Kupferrecyclings interessant, da Kabelabfälle den prozentual größten Anteil an
Kupferschrotten haben.
Jährlich werden in der EU 9 Mio. Fahrzeuge verschrottet, der gewichtsmäßige Großteil davon über
Schredder (Kapitel 6.1). Die Leitungssätze dieser Fahrzeuge enthalten 90.000 t Cu, 35.000 t PVC und
weitere 20.000 t verschiedene Kunststoffe, was zusammen einem Materialwert von jährlich über 200
Millionen Euro entspricht. Dieser Materialwert wird zur Zeit bei weitem noch nicht ausgenutzt. Verbes-
serte oder neue Verwertungsprozesse könnten ein enormes wirtschaftliches Potenzial durch die
Nutzung dieser Sekundärmaterialien bzw. -rohstoffe eröffnen. [2, S.1]
Neben dem wirtschaftlichen Aspekt des Materialwertes ermöglicht die Verwendung von Sekundärroh-
stoffen, vor allem von metallischen, eine beachtliche Energieeinsparung und führt zur Vermeidung
erheblicher Emissionen, die bei der Produktion von Neuware aus Primärrohstoffen anfallen würden.
Einige der bewerteten Prozesse zur Leitungssatzverwertung bedingen die Demontage (Kapitel 7.1)
von Bauteilen und -gruppen. Da die Demontierbarkeit bereits in der Konstruktionsphase festgelegt
wird, ist die Integration der Recyclinggerechtheit als Gestaltungskriterium in den
Konstruktionspro-
zessen
ein wesentlicher Aspekt. Die Fahrzeugkonstruktion (Kapitel 2.5) muss dazu in Zukunft drei
gleichzeitig zu beachtende Aspekte verfolgen:
Einführung
- 2 -
o
Eine zerlegefreundliche Baustruktur,
o
schnell lösbare Verbindungstechniken und
o
verwertungsgerechte Werkstoffe.
Vor allem der Verzicht auf nicht oder nur schwer verwertbare Werkstoffe und die Verringerung der
Werkstoffvielfalt wird zunehmend forciert. [3, S.4]
Aus diesen Gegebenheiten heraus wurden die
Ziele der vorliegenden Diplomarbeit
abgeleitet:
·
Den Stand der Technik im Bereich der Leitungssatzverwertung aufzuzeigen,
·
mehrere Prozesse zur Leitungssatzverwertung darzustellen, zu Prozessketten zu verknüpfen und
ökonomisch-ökologisch zu bewerten sowie
·
Vorschläge zur verbesserten verwertungsgerechten Entwicklung und Konstruktion des Leitungs-
satzes auszuarbeiten, um dessen Verwertungsquote in Zukunft zu steigern.
Auf die Verwertung des Kupferanteils im Leitungssatz soll hierbei besonders eingegangen werden.
Hintergrund
- 3 -
2 HINTERGRUND
2.1 Fahrzeugbau
Der Fahrzeugbau hat in den vergangenen Jahrzehnten immer wieder technische Innovationen
hervorgebracht. Antrieb für die Veränderungen am Fahrzeug sind dabei neben dem ständigen Kosten-
und Wettbewerbsdruck insbesondere die steigenden Anforderungen der Kunden bezüglich Komfort
und Sicherheit sowie eine zunehmende Individualisierung der Fahrzeuge. Die einzelnen Module im
Fahrzeug werden immer funktionsreicher: Nachtsicht in der Windschutzscheibe, elektronische Ven-
tilsteuerung oder aktive Fußgänger-Schutzprogramme an der Stoßstange halten Einzug in die
Fahrzeugtechnik; die Elektronik wird zur Schlüsseltechnologie in Fahrzeugen. [4
Aktuell
Neue
Werkstoffe für neue Fahrzeuge]
Der Leitungssatz ist das verbindende Element der gesamten Elektronik, ein Bauteil, das trotz seiner
Komplexität zur Erfüllung der EU-Altauto-Richtlinie beitragen soll und kann.
Wie an der folgenden Materialzusammensetzung zu ersehen ist, ist der Anteil von Kupfer am Ge-
samtgewicht eines Fahrzeuges gering. Der Kupferanteil ist jedoch für die Altautoverwertung
bedeutsam, da Kupfer einen hohen Materialwert besitzt und bereits bei Promille-Gehalten in Stahl und
Kunststoff deren werkstoffliche Eigenschaften stark verschlechtert.
Andere
20%
Stahl inkl.
Metall/Plastik-
Verbunden
67%
Aluminium
7%
Blei
(Batterie)
1%
Farbe u.ä.
2%
Kupfer
1%
Flüssigkeiten
2%
Fzg.gesamtgewicht
1.000 - 1.200 kg
Abbildung 1: Materialzusammensetzung eines Kleinwagens [Ford, Köln, Fahrzeugrecyclingabteilung]
Hintergrund
- 4 -
2.2 Rechtliche
Rahmenbedingungen
2.2.1 Einführung
Um eine einheitliche und umweltgerechte Entsorgung (umschließt Verwertung und Beseitigung) der
Altfahrzeuge innerhalb der EU sicherzustellen, wurde im Juli 2000 die Richtlinie des Europäischen
Parlaments und des Ministerrates über Altfahrzeuge, die EU-Altauto-Richtlinie [1], verabschiedet.
Diese trat durch die Veröffentlichung im Amtsblatt der EU im September 2000 in Kraft und hätte
innerhalb von 18 Monaten nach Inkrafttreten von den einzelnen Mitgliedsstaaten in nationales Recht
umgesetzt werden müssen. Diese Frist konnte allerdings von keinem Mitgliedsstaat eingehalten
werden. Deutschland hat am 1.7.2002 als erstes Land die EU-Altauto-Richtlinie umgesetzt.
Es ist zu beachten, dass diese Richtlinie nicht nur für innerhalb der EU hergestellte Fahrzeuge gilt,
sondern auch für gewerblich in die EU importierte Fahrzeuge [1, Artikel 2, Nr. 3].
2.2.2 Rechtliche Rahmenbedingungen in der EU
2.2.2.1 EU-Altauto-Richtlinie
In der EU-Altauto-Richtlinie 2000/53/EC [1], werden die Erfordernisse geregelt, die bei der Altfahr-
zeugentsorgung in Zukunft zu beachten sind. Diese Richtlinie gilt für alle "in den Lebenskreislauf von
Fahrzeugen einbezogenen Wirtschaftsbeteiligten" [EU (2000), S. 8, Artikel 1] und bezieht sich auf
"Fahrzeuge und Altfahrzeuge einschließlich ihrer Bauteile und Werkstoffe" [EU (2000), S.10, Artikel 3].
Die Richtlinie umfasst Fahrzeuge der Klassen M I
oder N I
sowie dreirädrige Kraftfahrzeuge [Richtlinie
92/61/EWG], jedoch unter Ausschluss von dreirädrigen Krafträdern.
Die Abgabe des Fahrzeugs muss für den Letzteigentümer kostenfrei bleiben; es sind die Hersteller,
die zumindest einen wesentlichen Teil der anfallenden Verwertungskosten tragen müssen. Dies gilt für
alle ab 1.7.2002 in den Verkehr gebrachten Fahrzeuge sowie ab 1.1.2007 auch für Fahrzeuge, die vor
dem 1.7.2002 in den Verkehr gebracht wurden. [Artikel 12].
Zur Regelung der Rücknahme von Altfahrzeugen müssen von den Wirtschaftsbeteiligten Rücknahme-
systeme eingerichtet werden. Außerdem müssen die Mitgliedsstaaten dafür sorgen, dass die
Abmeldung eines Altfahrzeugs lediglich unter Vorlage eines Verwertungsnachweises vollzogen
werden kann.
Hintergrund
- 5 -
Anerkannter
Verwertungsbetrieb
Anerkannter
Schredderbetrieb
Anerkannte
Annahmestelle
Altfahrzeug
(Abfall)
Fahrzeug
Endgültige Stilllegung
Zulassungs-
stelle
(Letzt)Halter
Fahrzeug
Fahrzeug
Export
als Abfall
Endgültige
Stilllegung
Verkauf
Verbleibserklärung
Verwertungs-
nachweis
oder
Verbleibserklärung
Ve
rw
ertu
ngs
na
ch
weis
Abbildung 2: Rücknahmeweg und Verwertung eines Fahrzeugs in Deutschland 1997 nach [5]
Neben den in Abbildung 2 genannten anerkannten Annahmestellen existieren seit Umsetzung der EU-
Altauto-Richtlinie auch Rücknahmestellen, die von den Herstellern zu benennen sind.
Spätestens mit dem 1.1.2006 müssen 80 % des durchschnittlichen Fahrzeuggewichts pro Jahr
wiederverwendet oder rezykliert werden, weitere 5 % sollen der energetischen Verwertung zugehen.
Damit ergibt sich eine Wiederverwendungs- und Verwertungsquote von mindestens 85 Gewichtspro-
zent.
Spätestens mit dem 1.1.2015 müssen über 85 % des durchschnittlichen Fahrzeuggewichts pro Jahr
wiederverwendet oder stofflich verwertet werden. Bis zu zehn Prozent können energetisch verwertet
werden, wodurch sich eine Quote von 95 Gewichtsprozent insgesamt ergibt [EU (2000), S. 18 ff.,
Artikel 7].
Das bedeutet, dass ab 2006 lediglich 15 % und ab 2015 sogar nur noch 5 % eines Fahrzeugs depo-
niert werden dürfen.
JAHR
2006
2015
Stoffliche Verwertung
80 %
85 %
Energetische Verwertung
5 %
10 %
Wiederverwendung/-
verwertung
85 %
95 %
Deponie
15 %
5 %
Tabelle 1:
Verwertungsvorschriften ab den Jahren 2006 und 2015
Hintergrund
- 6 -
2.2.2.2 Gesetzlich verbotene Stoffe
Neben Komfort, Sicherheit und Leichtbau ist die Gesetzgebung die treibende Kraft für Veränderungen
bei der Materialzusammensetzung von Fahrzeugen [6, S. 22]. Die EU-Altauto-Richtlinie verbietet die
Verwendung von Blei, Quecksilber, Kadmium und sechswertigem Chrom. Ausnahmen gelten nur für
Bereiche, in denen eine Substitution derzeit technisch nicht machbar ist (z.B. Starterbatterie).
Über diese Richtlinie hinaus sind noch andere Gesetze in Planung, die Einfluss auf die Verwendung
bestimmter Materialien haben werden. So verbietet der zweite Entwurf der Europäischen Elektronik-
schrott-Verordnung vom 07.05.2002, die
WEEE
(Waste Electrical and Electronic Equipment), neben
den genannten Stoffen auch halogenierte Flammschutzmittel. Bauteile, die diese Stoffe dennoch
enthalten, sind gemäß Artikel 4 der Richtlinie 75/442/EWG zu beseitigen oder zu verwerten. [7, S.1]
In Fahrzeugen fallen nur jene elektrischen und elektronischen Komponenten unter diese Richtlinie, die
nicht dem unmittelbaren Betrieb des Fahrzeuges dienen. Hierzu gehören z.B. Radios, sonstige
Unterhaltungsgeräte und Navigationssysteme, nicht aber die Motorsteuerung und die dafür
notwendigen Leitungen. [8]
Jedes Fahrzeuge herstellende Unternehmen hat Angaben zu verbotenen Stoffen basierend auf den
gesetzlichen Vorgaben in eigenen Richtlinien zusammengefasst. Bei Ford ist dies z.B. der ,,Restricted
Substance Management Standard" mit der Nummer WSS-M99P9999-A1.
2.2.2.3 Probleme
Für die Fahrzeugindustrie ist die ab 2007 rückwirkende Verpflichtung, Fahrzeuge unentgeltlich
zurückzunehmen, die vor dem 1.7.2002 zugelassen worden sind, nicht akzeptabel. Diese Fahrzeuge
wurden noch nicht so konstruiert, dass sie sich ohne weiteres rezyklieren lassen, so dass höhere
Entsorgungskosten pro Altfahrzeug entstehen werden [36].
Der Kunststoffverwertung gilt ein besonderes Augenmerk, da diese heute noch nicht in entsprechen-
dem Maße erfolgt und der zu verwertende Kunststoffanteil mit geringer werdendem Metallanteil im
Fahrzeug steigt. Zudem entstehen bei Mischung verschiedener Kunststoffsorten, wie es im Schredder
der Fall ist, niederwertige Produkte. Hierauf soll später näher eingegangen werden.
2.2.3 Rechtliche Rahmenbedingungen in Deutschland
2.2.3.1 Selbstverpflichtung und Altautoverordnung in Deutschland
In Deutschland wurde bereits am 21.2.1996 von der ARGE (Arbeitsgemeinschaft) Altauto eine "Frei-
willige Selbstverpflichtung mit Grundsätzen zur umweltgerechten Altautoentsorgung" veröffentlicht und
vom Bundesministerium angenommen. Dieser kooperative Ansatz wird durch die Altautoverordnung
(AltautoV) seit dem 1.4.1998 um einen ordnungsrechtlichen Rahmen ergänzt [9] und trat gleichzeitig
mit dieser in Kraft.
Deutschland hat die EU-Altauto-Richtlinie am 1.7.2002 umgesetzt, wodurch das Altfahrzeuggesetz in
Kraft trat. Die bisher existierende Altautoverordnung wird darin in eine
Altfahrzeugverordnung
umgewandelt. Diese regelt nun die Inhalte der Selbstverpflichtung, so dass letztere ihre Gültigkeit
verloren hat.
Hintergrund
- 7 -
2.2.3.2 Gesetze für Schredderabfälle [10]
Die
Altfahrzeugverordnung
definiert zum ersten Mal auch Verwertungsquoten für nichtmetallische
Gehalte in Schredderrückständen, die ab dem Jahr 2006 (5 % des Gesamtfahrzeuggewichtes) bzw.
2015 (15 % des Gesamtfahrzeuggewichtes) verwertet werden müssen. Diesen Verwertungsquoten
liegt die Annahme zugrunde, dass im Jahr 2006 der metallische Gehalt in Altfahrzeugen bei 70 %
liegt.
Die ,,Technische Anleitung Siedlungsabfall", kurz
TASi
, ist gesetzlich mit der "AbfallAblagerungs
Verordnung" (AbfAblV) und der "Deponie Verordnung" (DeponieV) verknüpft. Sie setzt technische
Grenzen für Materialien, die ab dem 30.06.2005 deponiert werden dürfen. Für Schredderabfälle sind
die kritischsten Punkte:
·
Die Begrenzung des TOC-Wertes (Total Organic Carbon) auf
3 %. Ansonsten müssen die
Schredderabfälle vorbehandelt werden.
·
Die Begrenzung der Konzentration von in Laugungstests freigesetzten Schwermetallen wie Blei
und Quecksilber.
Die "Siebzehnte Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissions-Schutzgesetzes" (Verordnung
über Verbrennungsanlagen für Abfälle und ähnliche brennbare Stoffe:
17. BImSchV
) definiert Begriffe
rund um den Abfall und legt Maßnahmen zu dessen thermischer Behandlung fest.
Großen Einfluss auf die 17. BImSchV hat die EU-Richtlinie 2000/76 vom 4.12.2000 über die Verbren-
nung von Abfällen. Basierend auf dieser muss die Verbrennung von als "besonders
überwachungsbedürftiger Abfall" deklarierten Schredderabfällen bei Verbrennungstemperaturen von
über 1.100 °C erfolgen.
Mit der seit 1.3.2001 geltenden
Abfallablagerungsverordnung
wurde festgeschrieben, dass spätes-
tens ab Juni 2005 kein unvorbehandelter Abfall mehr auf Deponien gelagert werden darf. Zur
Vorbehandlung sind neben mechanisch-biologischen Verfahren auch Verbrennungsanlagen zulässig.
Einfluss auf die Abfallablagerungs-Verordnung hat die EU-Deponie-Richtlinie. [11]
2.2.4 Rechtliche Rahmenbedingungen in Österreich
Seit dem 3.4.2002 existiert in Österreich ein Entwurf der
Altfahrzeugverordnung
. Mit diesem soll die
EU-Altauto-Richtlinie umgesetzt werden. Ziel dieser Verordnung ist es, Maßnahmen festzulegen, um
die Vermeidung von (insbesondere gefährlichen) Abfällen von Fahrzeugen und die Wiederverwen-
dung sowie die Verwertung von Altfahrzeugen und ihren Bauteilen zu intensivieren.
Seit 1990 ist in Österreich das
Abfallwirtschaftsgesetz
(AWG) in Kraft [12, S.8]. Seither sind zahlrei-
che Novellierungen des AWG erfolgt. Zur Zeit befindet sich eine weitere Novellierung des
österreichischen Abfallwirtschaftsgesetzes 2002 (AWG 2002) im Entwurf, in dem weitere Anforderun-
gen der EU-Altauto-Richtlinie umgesetzt werden sollen. Mit dem AWG 2002 sollen das Kraftfahrgesetz
1967 und das Immissionsschutzgesetz-Luft geändert werden. Die Grundsätze dieses Gesetzes
Hintergrund
- 8 -
werden im §1 Abs. 2 dargelegt, und orientieren sich an Abfallvermeidung, Abfallverwertung und
Abfallentsorgung:
1. Die Abfallmengen und deren Schadstoffgehalt sind so gering wie möglich zu halten (Abfallvermei-
dung).
2. Abfälle sind (auch energetisch) zu verwerten, soweit dies ökologisch zweckmäßig, technisch
möglich und wirtschaftlich ist (Abfallverwertung).
3. Nach (2.) nicht verwertbare Abfälle sind je nach ihrer Beschaffenheit durch biologische, thermi-
sche, chemische oder physikalische Verfahren zu behandeln. Feste Rückstände sind möglichst
reaktionsarm und ordnungsgemäß abzulagern (Abfallbeseitigung).
Das Entsorgen oder Ablagern von Schredderabfällen auf neuen Deponien ist durch die
Deponiever-
ordnung
(BGBl. Nr. 16411996) seit 1.1.1997 verboten, da der Gehalt an organisch gebundenem
Kohlenstoff im Schredderabfall (insbesondere in der Schredderleichtfraktion) den Grenzwert von 5
Massenprozent überschreitet und eine Unterschreitung des gesetzlich geforderten Brennwertes von
6000 kJ/kg Trockensubstanz nicht sicherzustellen ist. [13, S.70].
2.3 Definitionen
Die Definitionen der folgenden Begriffsgruppen, nach denen sich diese Arbeit weitgehend richtet, sind
in Kapitel 12.1 zu finden.
o
Recycling, Verwertung
o
Aufbereitung, Abscheidung und Separation
o
Leiter, Kabel und Leitung
2.4 Aktuelle Verwertung von Altfahrzeugen
Die Verwertung von Altfahrzeugen in Deutschland erfolgt heute in der Regel über die Stationen
Letztbesitzer, (Rücknahmestelle), Verwertungsbetrieb, Schredderbetrieb, Nichteisenmetall-Aufbereiter
und Elektrostahlwerk.
1. Der
Letztbesitzer
ist nach §3 Abs. 1 der Altautoverordnung vom 1.4.1998 verpflichtet, sein
Altfahrzeug einer anerkannten Rücknahmestelle oder aber direkt einem anerkannten Verwer-
tungsbetrieb zu überlassen.
2.
Rücknahmestellen
dürfen Altfahrzeuge lediglich annehmen und erfassen, nicht jedoch behan-
deln [9, S.78, Ziff. 2.1.2]. Die Rücknahmestellen dienen also lediglich dazu, den Aufbau einer
umfassenden Infrastruktur für die Entgegennahme von Fahrzeugen zu erleichtern.
3. Der
Verwertungsbetrieb
entsorgt die Altfahrzeuge sodann umweltgerecht (Kapitel 7.1.3) nach
folgendem Ablauf:
o
Trockenlegung (u.a. Treibstoff, Öl, Bremsflüssigkeit) bzw. Schadstoffentfrachtung. Sie sind im
Rahmen des Demontageprozesses der ökologisch wichtigste Schritt.
Hintergrund
- 9 -
o
Demontage der gesetzlich vorgeschriebenen Teile (u.a. Batterie, Reifen) und Neutralisieren
(Zünden) von Airbags.
o
Demontage weiterer wirtschaftlich lohnender Teile.
4. Die Restkarosse (heute inklusive Leitungssatz) wird, vermischt mit anderen Gegenständen, beim
Schredderbetrieb
zerkleinert und in verschiedene Fraktionen aufgetrennt.
5. Die Fe-Fraktion als die größte Fraktion kann z.B. an
Elektrostahlwerke
geliefert werden.
Laut [14] werden nur 15 - 25 % der in Deutschland anfallenden Altfahrzeuge in Deutschland selber
verwertet. Bei Fahrzeugen, die nicht dem Premiumsegment angehören, wird der Anteil immerhin auf
35 - 50 % geschätzt [36]. Ein Großteil wird aufgrund des starken Gefälles im Bruttosozialprodukt nach
Osteuropa exportiert oder in Holland kostengünstiger verwertet, da das dortige Verwertungssystem
stark subventioniert wird.
Abbildung 3: Gegenwärtige und zukünftige Verwertung von Altfahrzeugen [15]
Hintergrund
- 10 -
2.5 Konstruktion
2.5.1 Definition der Konstruktion
Nach [47, Teil 4/5.1, S.1] versteht man unter Konstruieren einen stetig fortschreitenden, iterativen
Optimierungsprozess zum Bau von Maschinen, Apparaten und Geräten. Der Verantwortungsbereich
des Konstrukteurs dehnt sich heute immer weiter aus und schließt neben Produktion und Gebrauch
auch die Entsorgung mit ein.
Abbildung 4: Kostenverantwortung und -verursachung [16, S.77]
Aus Abbildung 4 ist erkennbar, dass das gesamte Leistungs- und Kostenprofil eines Produktes zu
mehr als zwei Dritteln von der Konstruktion festgelegt wird. Ähnlich verhält sich die Beeinflussbarkeit
der Recyclinggerechtheit. Die Möglichkeiten zur Beeinflussung der Recyclinggerechtheit eines Pro-
dukts sind in den frühen Phasen der Produktplanung und Klärung der Aufgabenstellung sowie der
Konzeption am größten und nehmen mit den späteren Phasen sehr rasch, sogar exponentiell, ab. [47,
Teil5/2.1, S.2]
2.5.2 Konstruktionsprozess [7, S.15]
Die VDI-Richtlinie 2221 [17] gliedert den Entwicklungs- und Konstruktionsprozess in sieben Arbeitsab-
schnitte, die je nach Aufgabenstellung mehrfach durchlaufen werden können. Üblicherweise werden
die Arbeitsabschnitte in den vier Hauptphasen Planung, Entwurf, Konzeption und Ausarbeitung
zusammengefasst.
Hintergrund
- 11 -
Planungsphase
Hier können über Trennstudien, Marktanalysen etc. bereits erste Randbedingungen für eine weitere
recyclinggerechte Produktentwicklung ermittelt werden.
Konzeptionsphase
In dieser Phase sollten folgende, das Recycling betreffende Fragen geklärt werden:
·
Welche gesetzlichen Vorschriften gelten?
·
Ist für das Produkt ein Recyclingkreislauf vorgesehen?
·
Sind bestimmte Recyclingverfahren vorgeschrieben oder können diese frei bestimmt werden?
·
Welche zusätzlichen Kosten dürfen durch das Recycling verursacht werden?
Als Ergebnis liegt am Ende dieser Phase ein detailliertes Konzept für das zu entwickelnde Produkt
vor. Vor allem in der Konzeptionsphase soll diese Arbeit in Bezug auf den Leitungssatz eine Hilfestel-
lung bieten.
Entwurfsphase
Während der Entwurfsphase wird das erstellte Konzept in einzelne maßlich und stofflich festgelegte
Bauteile umgesetzt.
Ausarbeitungsphase
In dieser Phase werden die Einzelteile gestaltet und optimiert.
2.5.3 Tendenzen in der Konstruktion [18, S.107]
In der
Fahrzeugindustrie
zeigen sich zur Zeit die folgenden für diese Arbeit wichtigen Tendenzen:
·
Vermehrter Einsatz von Elektronik durch zunehmend mehr Sicherheitseinrichtungen,
·
Erzielen eines hohen Recyclingpotenzials, unter anderem durch modulare Konstruktion,
·
Verwendung sowohl spezifisch als auch absolut leichterer Materialien,
·
Entwicklung von neuen Fahrzeugen unter Berücksichtigung des Recycling-Aspekts sowie
·
Entwicklung von Demontagehandbüchern; diese dienen bei der Altfahrzeugdemontage als
Anleitung.
Diesen Trends folgend haben die meisten Fahrzeughersteller "Ecodesign-Richtlinien" entwickelt, um
das Recyclingfähigkeitspotenzial ihrer Produkte zu steigern. Bei Ford ist diese Richtlinie Teil des
allgemeinen "Worldwide Design Standard".
Ecodesign liegt der Ansatz zugrunde, bei Entwicklung, Produktion, Vertrieb, Verwendung und schließ-
lich Entsorgung eines Produktes stets die zu erwartenden Auswirkungen auf die Umwelt mit in
Betracht zu ziehen und deutlich zu verringern, um zu einem optimierten, ganzheitlichen Nutzungskon-
zept zu gelangen. [
www.ecodesign.at
]
Kupfer
- 12 -
3 KUPFER
3.1 Verwendung, Eigenschaften und Herstellung
Kupfer zählt zu den Nichteisenmetallen. Die Terminologie der
Nichteisenmetalle
ist nach DIN 17600,
Teil 1 geregelt [19, S.36]. Dabei werden alle Metalle mit Ausnahme von Eisen und alle Legierungen, in
denen ein Metall außer Eisen den größten Legierungsanteil darstellt, als NE-Metalle definiert. Mit
einer Weltraffinadeproduktion von 15,4 Mio. t im Jahr 2001 liegt Kupfer hinter Aluminium an zweiter
Stelle bei den Nichteisenmetallen.
Der
Energieverbrauch
je Tonne erzeugten Primärkupfers liegt je nach dem Kupfergehalt im Erz
zwischen 90 und 120 GJ [20, S.40]. Die Energieeinsparung durch Einsatz von Sekundärrohstoffen,
also Schrotten, beträgt abhängig von Qualität und somit Einsatzort der Schrotte zwischen 40 und 90
%, vor allem durch den Wegfall von Bergbau und Aufbereitung [21].
Diese Aussage ist allerdings umstritten, da in primären sulfidischen Kupfererzen enthaltener Schwefel
erhebliche Energiemengen einbringt, die im wesentlichen zur Dampferzeugung genutzt werden und
somit den Nettoenergiebedarf senken. Eine weitere Möglichkeit, diesen bei der Herstellung von
Primärkupfer zu senken, ist die Wiedergewinnung der Wärme aus den anfallenden Schlacken. Dies ist
allerdings bisher technisch nicht gelöst. [22]
Nähere Informationen
zu Verwendung, Eigenschaften und Herstellung von Kupfer finden sich im
Anhang (Kapitel 12.2).
Die viel kritisierten hohen
Umweltemissionen
werden vor allem durch bei der Erzeugung von Primär-
kupfer anfallendes SO
2
verursacht. Die SO
2
-Emissionen wurden bei europäischen Kupferhütten
inzwischen sehr weit abgesenkt: Basierend auf der Doppelkatalyse können heute mehr als 99,5% des
entstehenden SO
2
zu Schwefelsäure umgesetzt werden. Bei der Erzeugung von Sekundärkupfer
entfallen diese Emissionen weitgehend.
3.2 Verwendung von Kupfer in Fahrzeugen
3.2.1 Einführung
Der weltweite Bedarf an Kupfer im Fahrzeugbau wird nach Angaben des Copper Data Center bei
einer Produktion von etwa 50 Mio. Fahrzeugen pro Jahr (Anfang des 21. Jahrhunderts) und einem
mittleren Verbrauch von 25 kg Kupfer pro Fahrzeug (Kleinwagen enthalten 10 - 15 kg Kupfer) auf
1.250.000 t pro Jahr geschätzt. Dies entspricht einem Anteil von über 8 % an der Jahres-
Weltraffinadeproduktion, zu dem das Kupfer aus Leitungssätzen fast die Hälfte beiträgt.
Miniaturisierung und veränderte Übertragungstechniken reduzieren den spezifischen Kupfereinsatz in
Fahrzeugen. In naher Zukunft wird durch die steigende Anzahl von elektrischen Verbrauchern aber
der Gesamtbedarf an Kupferwerkstoffen für die Elektrik und Elektronik in Fahrzeugen zunehmen.
Es kann also angenommen werden, dass der Bedarf an Kupferwerkstoffen parallel mit dem an
Fahrzeugen zunehmen wird. Ein überproportional starker Anstieg wird beim Einsatz von Hochleis-
tungssteckverbindern festgestellt.
Kupfer
- 13 -
Die Hauptanwendungsgebiete von Kupfer im Fahrzeug sind Leitungen, Elektromotoren (z.B. Fenster-
heber), Generatoren (z.B. Lichtmaschine), Zentralelektrik (Sicherungsbox), Wärmetauscher,
Gleitelemente (Lager) und Steckverbinder. Detaillierte Anwendungsbeispiele von Kupfer im Fahr-
zeugbau inklusive der jeweiligen Kupferlegierungen und Halbzeugformen (Band, Draht, Rohr) sind in
[19, S.131] zu finden.
3.2.2 Elektronik - Kabel
Ein wesentlicher Anteil des im Fahrzeug verwendeten Kupfers wird für Kabel eingesetzt. Ein vollstän-
diger Leitungssatz (inklusive Sicherungsbox und Kabelkanälen) erreicht in einem Fahrzeug der
mittleren Klasse etwa 22 kg bei 50 % Kupfergehalt, in einem Fahrzeug der Oberklasse kann er ein
Gewicht von 60 kg erreichen. Überwiegend wird zur Leitungsherstellung der Werkstoff E-Cu58
(Kapitel 5.4) verwendet.
Neue Wege in der Kabelherstellung zeigen Flexible Printed Circuits (FPC) und Flexible Flat Cables
(FFC).
FPC
sind flexible gedruckte Schaltungen, eine Art flache Verdrahtung. Sie bestehen aus einem
Kupferleiter, beidseitig laminiert mit Kunststofffolie, meistens aus Polyester, da dies bei FPC am
besten verarbeitbar ist.
Abbildung 5: Flat Printed Circuit (FPC) der Firma Yazaki
Durch
FFC
, auf deutsch Flachbandleitungen, werden bis zu 50 % Gewicht und bis 80 % des Bauvo-
lumens eingespart, aber auch Verdrahtungsfehler vermieden und die Zuverlässigkeit erhöht. FFC
wurden erstmals Ende der 60er Jahre eingesetzt. Fehlende Automatisierungs- und Verbindungstech-
nologien sowie hohe Kosten stehen aber heute noch dem Einsatz in der Massenproduktion entgegen.
Die Erhöhung der Bordnetzspannung von 12 auf 42 Volt lässt erwarten, dass FFC-Technologien
durch die sich somit ergebenden niedrigeren Ströme weitere Verbreitung finden. Auf längere Sicht ist
mit einem Nebeneinander verschiedener Verkabelungstechniken zu rechnen.
Der Einsatz optischer Signalübertragung im Fahrzeug steht technologisch noch am Anfang. Erste
Anwendungen gibt es für Autoradios.
Kupfer
- 14 -
Hauptsächlich verwendete Leitermaterialien für
diese Art von Kabeln sind:
·
Vor allem Kupfer in verschiedenen Härten
·
Kupfer-Nickel (meist 70/30)
·
Kupfer-Beryllium
·
Aluminium
·
Konstantan
Abbildung 6: Flexible Flat Cables (FFC)
3.2.3 Elektronik - Zentralelektrik (Sicherungsbox)
Die Zentralelektrik (ZE), in dieser Arbeit Sicherungsbox genannt, ist im Fahrzeug das zentrale Bau-
element zur elektrischen Energie- und Signalverteilung. Sie nimmt Sicherungen und Relais als
diskrete Bauteile auf. In Europa wird hauptsächlich CuZn37 für die Leiterbahnen und federnde Ele-
mente eingesetzt. Die ZE der Zukunft werden immer kleiner, da Funktionen an die Funktionsorte
ausgegliedert werden und Steuergeräte ZE-Funktionen übernehmen.
3.2.4 Elektronik - Steckverbinder und Federn
Die elektrische Energie- und Signalübertragung zwischen Verbraucher und Leitung erfolgt heute
größtenteils durch Steckverbinder, auf englisch ,,Terminal". In Europa lag der Wert der verkauften
Steckverbinder im Jahr 2000 bei 7,7 Mrd. Euro. Größter Markt für die Steckverbinder ist die Fahrzeug-
industrie mit einem Anteil von 37 %.
Einsatzgebiete im Fahrzeug sind überall dort, wo Schnittstellen von Leitungen sind, wo Strom fließt
und Signale übertragen werden. Anwendungsbeispiele sind Steckkupplungen, Aggregatanschlüsse,
elektronische Komponenten wie Airbag oder ABS, Steuergeräte für das Motormanagement und
Sicherungsboxen. Je nach Einsatzgebiet werden Steckverbinder in der Mehrzahl aus Messing,
Bronze, CuFe2P oder Hochleistungslegierungen (Streckgrenze > 400 MPa; Leitfähigkeit > 25 MSie-
mens/m) wie CuCrTiSi oder CuMg gefertigt. Bemerkenswert ist die Zunahme der Hochleistungs-
Kupferlegierungen in den letzten Jahren; der Anteil an Messing wird in Zukunft deutlich sinken.
Heute werden selbst für Kleinwagen mit geringer Ausstattung etwa 600 Steckverbinderpaare verwen-
det. Bei Oberklassenfahrzeugen sind es etwa 1.100 bis 1.500. Für die Zukunft erwartet man in dieser
Fahrzeugklasse einen rückläufigen Bedarf auf etwa 800 durch komplexere Bauweisen und die Einfüh-
rung der Multiplextechnik. Bei dieser übernehmen Lichtwellenleiter die Signalübertragung, Kupferleiter
nur noch die Energieübertragung; ähnliches wird die Einführung moderner Bussysteme als Substituti-
on für den Leitungssatz bewirken. [23]
Steckverbinder werden durch Stanzen und Falten von Bändern hergestellt. Auch Federn, in der Regel
im harten oder federharten Zustand [19, S.140], werden aus Bändern hergestellt. Federn werden v.a.
im Motorraum, z.B. im Einspritzbereich, verwendet. Legierungen mit 1,2 % Nickel und 0,8 % Chrom
sind typisch.
Kupfer
- 15 -
3.2.5 Kühler, Wärmetauscher
Durch den Trend zu Werkstoffen mit niedrigerer Dichte verwendet man heute in Fahrzeugen Alumini-
um und Kunststoff statt Kupfer und Messing für Kühler.
Durch das "Cuprobraze"-Verfahren gibt es jetzt aber hartgelötete Kühler, die wettbewerbsfähig sind
[24]. Hierbei werden 50
µ
m dicke Kupferbänder sowie 0,1 mm starke CuZn15-Rohre verarbeitet.
Vorteile dieser Kühlerart sind:
·
Sie kosten etwa 10 % weniger als herkömmliche Kupferkühler,
·
Bei gleicher Kühlerleistung ist die Baugröße geringer,
·
Gegenüber Aluminiumkühlern sind Korrosionsbeständigkeit, Reparatur- sowie Recyclingfähigkeit
besser.
3.2.6 Gleitlager und Rohrleitungen [23]
Gleitlager
aus Kupferwerkstoffen sind als gedrehte oder gerollte Buchsen und als Sinterlager auf dem
Markt. Zum Einsatz kommen vorwiegend CuZn- und CuSn-Legierungen. Hohes Potenzial für höchste
Festigkeit und gleichzeitig hervorragende Gleiteigenschaften bieten sprühkompaktierte Werkstoffe.
Rohrleitungen
aus Kupfer und Kupferlegierungen werden für den Transport flüssiger bzw. gasförmi-
ger Medien verwendet; dies liegt vor allem an der Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit. In
Fahrzeugen eingesetzte Pneumatikrohre werden aus CuZn15 gefertigt; für Hydraulikrohre wird das
sehr korrosionsbeständige CuNi10FeMn eingesetzt. Auch in Zukunft werden derartige Rohrleitungen
eingesetzt werden.
3.2.7 Verwendung von Kupfer bei Ford
Die Verwendung von Kupfer bei Ford ist am Beispiel eines Kleinwagen-Prototypen (Prototyp 2, Kapitel
7.1.5) in der folgenden Tabelle dargestellt. Hierbei steht PA für Polyamid und PP für Polypropylen.
Bauteil Gesamt
[g]
Kupfer
[g]
Stahl
[g]
Alu.
[g]
PA
[g]
Andere
Kunststoffe
[g]
PP
[g]
Gew. %
Cu
Leitungssatz
15.500
6.200
Lichtmaschine
4.755
1.570
2.355
690
140
33 %
Anlasser
2.650
530
1.710
330
80
20 %
Lüftermotor Kühler
1.740
620
1.005
85
30
36 %
Motor Heizungsgeblä-
se
1.207
350
655
202
29 %
Wischermotor
1.130
85
845
170
30
8 %
Zündspule
620
105
205
230
80
17 %
Motor Fensterheber
590
47
48
270
200
25
8 %
Summe 28.192 10.592
38 %
Tabelle 2:
Wichtige Kupfer enthaltende Bauteile in einem Kleinwagen
Kupfer
- 16 -
3.2.8 Anwendungsgrenzen von Kupfer
Sowohl ökonomisch als auch ökologisch hat der Werkstoff Kupfer einen schweren Stand in der
Fahrzeugindustrie: Der Kraftstoffverbrauch wird ständig weiter gesenkt, was unter anderem durch
Werkstoffe mit immer niedrigerer Dichte erreicht wird. Damit begann z.B. die Verdrängung von Kupfer
und Messing als Kühlerwerkstoff. Da Kupfer ein relativ teurer Werkstoff ist, wird es im Fahrzeugbau
nur dann eingesetzt, wenn Eigenschaften wie die Leitfähigkeit gefordert werden, die sich mit leichte-
ren oder kostengünstigeren Werkstoffen nicht realisieren lassen.
Während Kupfer als ausgesprochenem Tieftemperaturwerkstoff bei tiefen Temperaturen kaum
Grenzen gesetzt sind, sind bei höheren Temperaturen die Warm- bzw. Zeitstandfestigkeiten zu
beachten, sofern die Bauteile festigkeitsmäßig beansprucht werden. Kupfer-Nickel-Legierungen sind
etwas temperaturbeständiger, so dass CuNi30Mn1Fe bis 300 °C eingesetzt werden kann. Kupfer-
Zink-Legierungen können durch Spannungsrisskorrosion versagen; daher sind sie in Bereichen, die
korrosiven Beanspruchungen, z.B. durch Tausalze, ausgesetzt sind, nicht einzusetzen. [19, S.128]
3.3 Verwertung von Kupferschrotten
3.3.1 Einführung
Kupfer zählt zu den wenigen Materialien, die nach Ablauf ihres Lebenszyklus ohne Qualitätsverlust
unendlich oft wiedergewonnen werden können, wodurch Kupfer aus primären und sekundären
Rohstoffen in direkter Konkurrenz zueinander stehen. In Sekundärkupferhütten entsteht aus den
angelieferten Sekundärrohstoffen mittels pyrometallurgischer Prozesse und Elektrolyse hochwertiges
Qualitätskupfer für neue Anwendungen: Der Werkstoffkreislauf ist geschlossen.
Kupferrecycling ist schon länger Stand der Technik. Kupfer wird seit über 10.000 Jahren von Men-
schen genutzt und als beständiges Gebrauchsmaterial wiederverwertet. Generell bedeutet das
Recycling von Metallen [25, S.7]:
o
Schonung immer knapper werdender Deponiekapazitäten,
o
Energieeinsparung,
o
Umweltschutz (z.B. verringert sich die CO
2
- und SO
2
-Problematik deutlich) und
o
Schonung von Rohstoffen und Primärerzen durch Verwendung zurückgewonnener Stoffe.
Vor allem der Wegfall von Bergbau und Aufbereitung beim Kupferrecycling führt zu hohen Einsparun-
gen, auch in den Kosten.
3.3.2 Recyclingrate
Die klassische Recyclingrate von Kupfer errechnet sich aus der pro Jahr aus Sekundärrohstoffen
erzeugten Kupfermenge bezogen auf die jeweilige Jahresproduktion. In Deutschland lag die klassi-
sche Recyclingrate im Jahr 2000 bei knapp 58 %. Diese Zahl sagt jedoch wenig über die eigentliche
Wiederverwendung von Kupfer aus. Denn bei der Definition bleibt unberücksichtigt, dass Sekundär-
rohstoffe aus langlebigen Wirtschaftsgüter stammen, die zu einer Zeit hergestellt wurden, als die
jeweilige Jahresproduktion erheblich niedriger war als die, mit der die aus Sekundärrohstoffen erzeug-
te Menge verglichen wird.
Kupfer
- 17 -
Die tatsächliche Recyclingrate liegt somit deutlich höher als die klassische, da Kupfer erst nach 8 bis
maximal 80 Jahren in den Kreislauf zurückfließt. Die durchschnittlichen Rücklaufzeiten betragen bei:
o
Fahrzeugen:
10 bis 12 Jahre
o
E-Motoren:
10 bis 12 Jahre
o
Kabeln:
30 bis 40 Jahre (Kabel zur flächigen Stromversorgung)
o
Gebäuden:
60 bis 80 Jahre
Bei einer hieraus errechneten durchschnittlichen Rücklaufzeit von 33 Jahren (und somit dem Bezug
der Sekundärrohstoffmenge auf die Kupferjahresproduktion vor 33 Jahren) beträgt die tatsächliche
Recyclingrate fast 80 %. [4,
Aktuell
Pressemitteilung Kupferrecycling - Daten und Fakten]
3.3.3 Schrottpreise
Schrottpreise
In einer Umfrage in Kupferindustrie und Kupferhandel wurden, basierend auf einem Kupferkathoden-
LME-Preis von 1.810 - 1.910 /t, für leitungssatzrelevante Kupferschrottsorten die folgenden Ver-
kaufspreise frei Empfänger ermittelt:
Schrottsorte Bezeichnung
Verkaufspreis
Quelle
Kupferdrahtschrott nicht legiert I
Kader
1.530 - 1.660 /t
Umfrage
Blanker Kupferdrahtschrott
Kabul
1.630 - 1.730 /t
Umfrage
Kupferdrahtschrott gehäckselt Ia Kasus
1.680 - 1.730 /t
Umfrage
Kupferdrahtschrott gehäckselt II
Katze
1.530 - 1.690 /t
Umfrage
Kupferraffinierschrott (Cu-Raff.)
1.530 - 1.690 /t
Hüttenwerke Kayser
Tabelle 3:
Schrottsorten und ihr Verkaufspreis
Kupferraffinierschrott, kurz Cu-Raff., wird in Sekundärhütten im Anodenofen eingesetzt. Die Schrott-
preise jeder Schrottklasse ändern sich fast täglich: Nicht nur absolut in Abhängigkeit vom aktuellen
Kupferkathoden-Börsenkurs (London Metal Exchange), sondern auch relativ zum Börsenkurs abhän-
gig von der angebotenen Menge der Schrottklasse. Hinzu kommt der Einfluss von in Leitungssätzen
enthaltenen Elementen wie Gold und Silber, die den Schrottwert erhöhen und von in Leitungssätzen
enthaltenen Substanzen wie Chlor und Chrom, die den Schrottwert vermindern. Die Variabilität von
Schrottpreisen macht eine exakte Wirtschaftlichkeitsberechnung beinahe unmöglich.
Schrottbewertung
Die Schrottbewertung ist besonders bei komplexen Schrotten schwierig und erfordert viel Erfahrung.
Kupferhaltige Einsatzstoffe werden gegen Bezahlung ihrer bewertbaren Metallgehalte unter Abzug
eines Hüttenlohns bzw. Abschlags (berücksichtigt die beim Durchlaufen einer Kupferhütte entstehen-
de Kosten) von der Hütte eingekauft. Zur Bewertung des Metallinhalts werden aus jeder
entsprechenden Rohstoffpartie repräsentative Proben entnommen und anschließend chemisch
analysiert. Wenn sich Differenzen zwischen Käufer und Verkäufer ergeben, entscheidet eine Schieds-
analyse, auf die sich beide Parteien geeinigt haben und die dann akzeptiert wird. [26, S.7]
Kupfer
- 18 -
Kupferschrottwert vermindernde Substanzen
Unerwünscht sind Substanzen, die metallurgische Prozesse stören oder ökologisch bedenklich sind.
Metall
Elemente und Verbindungen,
die den Wert des Metalls vernichten
Elemente, die den Wert
des Metalls verringern
Kupfer (Cu)
Quecksilber (Hg)
Arsen (As)
Beryllium (Be)
Antimon (Sb)
Polychlorobenzene (PCB)
Nickel (Ni)
Wismut (Bi)
Aluminium (Al)
Tabelle 4:
Metallwert vernichtende und vermindernde Substanzen [27]
Erlaubte Gehalte an Fremdsubstanzen sowie die jeweils verursachten Probleme sind in Tabelle 5
dargestellt. Hiervon kann nur im begründeten Einzelfall bei kleineren Partien abgewichen werden.
Alle Angaben gelten im trockenen Zustand! Grau hinterlegte Fremdsubstanzen können im Leitungs-
satz enthalten sein. Kunststoffanteile beeinflussen v.a. die Gehalte an TOC, Cl und PCB.
Substanz Gehalt Anmerkung
Pb
beliebig
Kann vollständig ausraffiniert werden.
TOC
5 %
TOC steht für Total Organic Carbon.
S
5 %
Entschwefelungsanlagen nötig (SO
2
).
Al
3 %
Es bildet sich hochschmelzendes Al
2
O
3
, wodurch die Schmelztemperatur
der Schlacke steigt. Hierdurch steigen u.a. Kupferverluste und Energieverbrauch
Cr
3 %
Kann gut verschlackt und somit ausraffiniert werden. Allerdings gibt es
Grenzwerte für Gehalte an Cr
6+
in Schlacken.
Na
2 %
Natrium bildet eine dünnflüssige Schlacke, die das Feuerfestmaterial angreift.
K
2 %
Kalium bildet eine dünnflüssige Schlacke, die das Feuerfestmaterial angreift.
Cl
1 %
Chlor verursacht Dioxinbildung sowie Korrosion und reichert sich in
Flugstäuben an.
As
1 %
Arsen stört die Elektrolyse erheblich und schädigt das Grundwasser, wenn es
aus deponierten oder verbauten Schlacken gelöst wird. Es kann allerdings
während der pyrometallurgischen Prozessen entfernt werden.
Sb
1 %
Antimon stört die Elektrolyse erheblich, ist aber pyrometallurgisch entfernbar.
Br
0,5 %
Korrosion (HBr). Diese entstehen vor allem durch in Kunststoffen enthaltene
Flammschutzmittel (Kapitel 4.2.1).
Cd
0,5 %
Kadmium ist giftig, filtergängig und verdampft leicht.
F
0,5 %
Korrosion (HF).
Bi
0,5 %
Wismut stört die Elektrolyse erheblich.
Se
0,5 %
Te
0,5 %
Reichern sich u.a. im Elektrolyt und Anodenschlamm an, wodurch eine
Aufbereitung notwendig wird.
Be
0,1 %
Berrylium ist hochgiftig.
PCB
50 g/t
Polychlorierte Biphenyle sind giftig und verursachen eine Dioxinproblematik.
Hg
10 g/t
Quecksilber ist hochgiftig.
Tabelle 5:
Grenzgehalte an Fremdsubstanzen in Kupferschrotten für eine Sekundärhütte nach [28]
Kupfer
- 19 -
3.3.4 Kunststoffe in Kupferschrotten: Dioxin- und Bromidproblematik
Kupferwerkstoffe sind (wie alle Schwermetalle) beim Einschmelzen in Anwesenheit von Kunststoffan-
teilen und Sauerstoff Katalysator für Dioxine und Furane. Dioxine gelten als giftige, synthetisierte,
chemische Substanzen. Wenn Dioxine sich über die Atemluft, die Nahrung und die Haut im menschli-
chen Körper anreichern, können gesundheitliche Dauerschäden wie Krebs, Unfruchtbarkeit und
Immunschwächen entstehen.
Dioxin ist die Bezeichnung für ein zweifach ungesättigtes sechsgliedriges Ringsystem mit zwei
Sauerstoffatomen im Ring, 2,3,7,8-Tetrachlordibenzol
[
1,4
]
dioxin. Dioxine entstehen bei Verbren-
nungsvorgängen aus Kohlenstoffverbindungen und organischem/anorganischem Chlor oder
Halogenen unabhängig von der Art der Chlorquelle. Die Dioxinentstehung ist stark temperaturabhän-
gig; sie läuft am schnellsten bei etwa 300
°
C und nimmt bis 600
°
C stark ab. Bei Temperaturen von
etwa 300
°
C wirken Kupfersalze und Sauerstoffmangel auf die Dioxinbildung fördernd, während die
Anwesenheit von Kupfersalzen bei über 600
°
C die Verfallsbildung von Dioxinen beschleunigt.
Zur Verminderung der Dioxinentstehung bei Verbrennungsprozessen ist eine günstige Reaktionsfüh-
rung notwendig. Dazu ist eine Temperatur von über 800
°
C, mäßiger Sauerstoffüberschuss und
weitgehende Oxidation der Kohlenstoffverbindungen notwendig. Durch intensive Forschung ist die
Dioxinabscheidung aus Abgasen heute gut möglich.
Das durch Kunststoff verursachte Hauptproblem sind somit heute Bromide, die durch in Kunststoffen
enthaltene Flammschutzmittel eingebracht werden.
3.3.5 Verwertungswege von Kupferschrotten
3.3.5.1 Einführung
Kupferrecycling erfolgt über eingespielte Verwertungswege und mittels umweltfreundlicher Prozess-
technologien, auf die in diesem Kapitel im Überblick eingegangen werden soll. Die ausgewählten,
bewerteten Verfahren werden in Kapitel 8 näher geschildert.
Abbildung 7: Kreislauf von Kupfer am Beispiel der Hüttenwerke Kayser AG [29]
Hüttenwerke Kayser AG
Handel und Aufbereitung
Endverbraucher
Draht- und Halbwerkzeuge
Kupfer
- 20 -
Der Altmetallhandel erfasst vor allem Sekundärrohstoffe aus gebrauchten Produkten, bereitet sie auf
und liefert den Großteil an Sekundärkupferhütten als klassifizierte, sortengerechte Rohstoffe. Die
Verarbeitung von kupferhaltigen Sekundärrohstoffen (wie Kupfer-, Messing-, Bronze-, Rotgussschrott)
und kupferhaltigen Zwischenprodukten (wie Schlacken, Krätzen, Aschen, Schlämme) zu Anoden
erfolgt heute überwiegend auf pyrometallurgischem Weg. Aus diesen werden Elektrolytkupfer-
Kathoden mit einer Reinheit von 99,99 % produziert, die zum Teil in hütteninternen Gießereien zu
Draht und Halbzeug verarbeitet, zum Teil an der Börse gehandelt werden.
Mögliche über die Pyrometallurgie laufende Verfahrensrouten sind:
· Schachtofen
(Schwarzkupfer)
Konverter (Blasenkupfer)
Anodenofen (Anodenkupfer)
Elektrolyse (Kathoden)
Gießerei (Halbzeug, Draht)
· TBRC
(Blasenkupfer)
Anodenofen (Anodenkupfer)
Elektrolyse (Kathoden)
Gießerei (Halbzeug, Draht)
· Elektroofen
(Blasenkupfer)
Anodenofen (Anodenkupfer)
Elektrolyse (Kathoden)
Gießerei (Halbzeug, Draht)
· ISA-Smelt-Reaktor
(Blasenkupfer)
Anodenofen (Anodenkupfer)
Elektrolyse (Kathoden)
Gießerei (Halbzeug, Draht)
Abbildung 8: Verfahrensroutenvergleich Schachtofen-Konverter
!
ISA-Smelter [29]
Zur in dieser Abbildung nicht dargestellten Gießerei gehört ein
Umschmelzofen
. Vor diesen kann ein
Raffinationsaggregat wie z.B. ein HTM-Reaktor geschaltet sein.
In Folge sollen die in den Verfahrensrouten erwähnten Öfen näher beschrieben werden.
3.3.5.2 Schachtofen-Konverter-Prozess
Der Schachtofen-Konverter-Prozess wird in Kapitel 12.2.4.1 als pyrometallurgische Verfahrensroute
zur Herstellung von primärem Kupfer geschildert. Hier kann ein gewisser Anteil an Kupferschrotten
eingesteuert werden.
Kupfer
- 21 -
Es kann aber auch ausschließlich für Kupferschrotte ein Schachtofen-Konverter-Prozess mit anschlie-
ßender zweistufiger Raffination (Anodenofen, Raffinationselektrolyse) betrieben werden. Ein Beispiel
hierfür sind die Montanwerke Brixlegg in Österreich. Bei ausschließlichem Einsatz von Kupferschrot-
ten fällt der Röstprozess weg, so dass Aggregate wie der Outokumpu-Ofen hier nicht zur Anwendung
kommen.
Energetisch und wirtschaftlich sowie auch unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes sind neue
Technologien vorteilhafter und werden langfristig diese klassische Verfahrensroute ersetzen.
3.3.5.3 Top Blowing Rotary Converter: TBRC
Beim TBRC handelt es sich um einen (schräg gestellten) Konverter, in den von oben Gase eingebla-
sen werden. Er kann den Schachtofen und den klassischen Konverter ersetzen.
Der TBRC ist im Gegensatz zum Schachtofen ein chargenweise betriebenes Aggregat. Bei der
Reduktion wird das Einsatzmaterial nach dem Chargieren mit einer wassergekühlten Brennerlanze
eingeschmolzen. Neben festen Materialien können im TBRC auch flüssige Schlacken eingesetzt
werden. Feinkörnige Materialien sind während des Chargenverlaufes nachzusetzen. Als Brennstoff
können neben Gas und Heizölen auch staubförmige Brennstoffe eingesetzt werden. Die metallurgi-
schen Vorgänge sind ähnlich denen des Schachtofens, durch die Drehbewegung und die
aufgeblasenen Verbrennungsgase kommt es jedoch zu einem erheblich intensiveren Stoffumsatz. Am
Ende des Reduktionsvorganges werden Schlacke und Metall abgestochen. [25, S.110]
Ein Vorteil des TBRC ist die flexible Arbeitsweise: Je nach Brennstoff-Luft-Verhältnis kann ein TBRC
wie ein Konverter als Oxidationsaggregat, neutral oder (wenn auch unter Schwierigkeiten) wie ein
Schachtofen als Reduktionsaggregat betrieben werden.
3.3.5.4 Elektroofen
Im Gegensatz zu Schachtofen und TBRC werden hier keine Verunreinigungen wie Schwefel über den
Brennstoff eingebracht, da der Schrott durch elektrischen Strom aufgeschmolzen wird. Wie beim
TBRC ist es auch hier möglich, eine reduzierende (Koks) oder oxidierende (Sauerstofflanze) Atmo-
sphäre einzustellen. Zudem ist eine bessere Anreicherung der flüchtigen Bestandteile möglich, da die
Abgasmengen im Vergleich zu TBRC und Schachtofen viel geringer sind.
Die Gründe, weshalb der Elektroofen selten eingesetzt wird, sind einerseits die geringe Badbewegung
im Vergleich zum TBRC und andererseits die hohen Stromkosten. [25, S.111]
3.3.5.5 ISA-Smelt-Reaktor
Im Rahmen der Sekundärmetallurgie von Kupfer wird der ISA-Smelt-Reaktor, kurz ISA-Smelter,
hauptsächlich als Ersatz für den Schachtofen verwendet. Der ISA-Smelt-Reaktor kann sowohl redu-
zierend als auch oxidierend gefahren werden, so dass er zusätzlich auch den Konverter ersetzen
kann.
Die Sekundärkupferhütte Hüttenwerke Kayser AG mit Sitz in Lünen (Deutschland) [29] hat ein Kon-
zept zur Modernisierung des "Schachtofen-Konverter-Prozesses" entwickelt. Dieses fasst die
Aggregate der Verarbeitungsstufen Schachtofen und Konverter im ISA-Smelter zusammen. In diesem
neuen zylindrischen Reaktor werden die zwei bisherigen Prozess-Stufen nacheinander durchgeführt.
Herausragendes Merkmal des Prozesses ist die Verwendung einer bis zu 15 m langen Tauchbrenn-
lanze, die von oben in den Ofen eingebracht wird und dem Einblasen von Brennstoff (in Form von Öl
Kupfer
- 22 -
oder Erdgas) sowie Luft und Sauerstoff dient. Die Stahllanze wird durch eine feste Schlackenschicht,
die aufgrund der Kühlwirkung der durchgeblasenen Gase entsteht, vor Angriff von flüssigem Material
und Hitze geschützt.
Das Einblasen von Luft und Verbrennungsgasen in die Schmelze führt zu einer starken Turbulenz, die
eine hohe Raum-Zeit-Ausbeute zur Folge hat. Der Reduktionsprozess läuft hier sehr schnell ab. Die
Reaktionsprodukte können entweder chargenweise (Hüttenwerke Kayser AG) oder kontinuierlich
durch Abstichlöcher entfernt werden. [25, S.115; 29]
Die Chargenzeiten dieses investitionsintensiven Ofens sind sehr kurz, die anfallenden Schlacken
enthalten nur sehr niedrige Restgehalte an Kupfer und Zinn, die Verarbeitungsmöglichkeiten von
komplexen Sekundärrohstoffen nehmen bei besonders hoher Umweltfreundlichkeit des Verfahrens zu.
Der CO
2
-Ausstoß wurde zusammen mit dem Abgasvolumen halbiert.
3.3.5.6 Anodenofen
Der Anodenofen ist in Kapitel 12.2.4.1 im Anschluss an den Schachtofen-Konverter-Prozess erläutert.
Es können Produkte von Konverter, TBRC, Elektroofen und ISA-Smelter sowie Kupferschrotte einge-
setzt werden. Durch Einblasen von Luft werden Verunreinigungen und anschließend der letzte Rest
an Schwefel entfernt.
3.3.5.7 Gießerei - Umschmelzen
Kupferschrotte lassen sich durch direktes Umschmelzen in Gießereien nur wiederverwerten, wenn sie
sehr rein und homogen sind. Reine Kupferschrotte wiederum stammen im wesentlichen nur aus
Produktionsabfällen von Gießereien und Drahtwerken.
Bei Legierungen erzeugenden Betrieben sind je nach hergestellter Legierung gewisse metallische
Verunreinigungen erlaubt. Um allfällige Verunreinigungen entfernen zu können, wie sie gerade bei
Leitungssatzschrotten auftreten können, wäre ein bei kleinen Durchsatzmengen kostengünstiges
Raffinationsverfahren von Vorteil. Hier war der HTM-Reaktor in Diskussion.
3.3.5.8 Gießerei - HTM-Reaktor [30, S.52 - 60]
Hierbei handelt es sich um einen Raffinationsprozess von gering verunreinigten Schrotten in einem
HTM-Reaktor (High Turbulence Mixer) von der Form eines Konverters.
Das Grundprinzip der HTM-Technologie besteht darin, in eine metallische Schmelze durch elektro-
magnetische Rührung eine intensive walzenförmige Badbewegung kontrolliert einzubringen. Die
Rührung der Schmelze erfolgt im Unterschied zum TBRC und zum ISA-Smelter elektromagnetisch
und somit berührungslos, d.h ohne den Einsatz von Spülgasen, Lanzen oder Unterbaddüsen. Den-
noch existiert eine Blaslanze, um den für die Oxidation benötigten Sauerstoff von oben auf die
Schmelze zu blasen.
Mittels der HTM-Technologie ist es möglich, gering verunreinigte Schrotte mit hohem Wirkungsgrad in
sehr kurzen Behandlungszeiten zu raffinieren. Das raffinierte Metall weist Kupfergehalte von > 99,9 %
auf und kann daher direkt in Halbzeuggießereien eingesetzt werden.
In der HTM-Anlage werden Schrotte mit Kupfergehalten zwischen 97,0 und 99,5 % oder Schrotte von
Speziallegierungen eingeschmolzen, die mengenmäßig nicht für den Betrieb eines großen Raffinier-
ofens in einer Gießerei ausreichen.
Kupfer
- 23 -
Ziel des HTM-Reaktors ist die schnelle Entfernung der Verunreinigungselemente Blei, Eisen, Zink und
Zinn durch selektive Oxidation. Dieses Verfahren ist für Leitungssatzschrotte gut anwendbar, sofern
der Organikgehalt gering ist. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass das HTM-Verfahren in Zukunft
kaum zum Einsatz kommen wird, da Probleme bezüglich des Feuerfestmaterials, Turbulenzen im
Ofen und aggressiver Schlacken bisher nicht gelöst werden konnten.
3.4 Kupfer als Verunreinigungselement
3.4.1 Kupfer in Stahl
Die Qualität von Stahlprodukten wird wesentlich durch ihren Gehalt an störenden Fremdsubstanzen
bestimmt. Kupfer ist besonders störend, da es ab einem Gehalt von nur 0,02 - 0,03 % die Verfor-
mungseigenschaften des Stahls negativ beeinflusst (z.B. Warmbrüchigkeit). Im Unterschied zu einer
Reihe anderer Fremdsubstanzen ist Kupfer zudem aus Stahl nicht wieder abtrennbar, wenn es erst
einmal darin gelöst ist, da es wesentlich edler als Eisen ist und somit nicht selektiv oxidiert werden
kann.
Daher muss (vor allem beim Schreddern von Altfahrzeugen) auf sauberste Kupferabtrennung von
Stahl geachtet werden, um eine über die Jahre steigende Anreicherung von Kupfer in Stahl zu mini-
mieren. Hierzu gibt es ein Projekt, das in das vom BMBF (Bundesministerium für Bildung und
Forschung) geförderte Vorhaben "Effizienzgewinne durch Kooperation bei der Optimierung von
Stoffströmen in der Region Hamburg" (
www.nachhaltige-metallwirtschaft.de
) eingegliedert ist.
Für
hochfeste Stähle
, wie sie für Fahrzeuge verwendet werden, beträgt der maximal zulässige
Kupfergehalt etwa 0.03 %, wobei schon die natürliche Kupferkontaminierung 0,01 % beträgt.
Schred-
derschrott
(Schrottklasse E40 nach europäischer Norm), der z.B. aus Altfahrzeugen entstehen kann,
darf hingegen bis zu 0,25 % Kupfer enthalten: Der Kupfergehalt kann also im Laufe der Altfahrzeug-
verwertung von 0,03 % auf 0,25 %, somit um mehr als das achtfache, steigen.
Stahlseitige finanzielle Anreize zum Senken des Kupfergehaltes im Schredderschrott scheinen
allerdings gering: Zum einen wird für Schredderschrott aufgrund seiner hohen Schüttdichte ohnehin
mehr gezahlt als für Neuschrotte mit niedrigen Gehalten an Begleitelementen. Zum anderen müssten
parallel zum Kupfergehalt auch andere Begleitelementgehalte gesenkt werden, um einen höheren
Schredderschrottpreis zu erzielen. Verhandlungen mit größeren Stahlwerken über Preiserhöhungen
für geringere Kupfergehalte sind derzeit erst ab Lieferungen von mehr als 150.000 t/Jahr möglich. [31]
Es wird vermutet, dass der Kupfergehalt in Stahl durch den Leitungssatz nicht merklich erhöht wird.
(Kapitel 6.1.4)
3.4.2 Kupfer in Kunststoff
Soll Kunststoff werkstofflich verwertet werden, darf er kein Kupfer enthalten. Der Eintrag von Kupfer
ergibt sich zum Beispiel beim Schreddern. Kupfer beschleunigt das Altern und somit die Verschlechte-
rung physikalischer Eigenschaften, da es Polymerketten aufbricht.
Kunststoffe
- 24 -
4 KUNSTSTOFFE
4.1 Leitungssatzrelevante Kunststoffe u. ihre Verwertungseignung
4.1.1 Einführung
Der Einsatz von Kunststoffen erlebt seit Jahren eine stetige Zunahme. Die Produktion lag im Jahr
2000 bei weltweit 180 Mio. t. Aus Kunststoffen kann nach dem Gebrauchsende eines Bauteils Energie
erzeugt werden. Durch kontrollierte und optimierte Verbrennungs- und Abgasreinigungstechniken
können auch chlorhaltige Kunststoffe wie PVC erwiesenermaßen schadstofffrei verbrannt werden.
Details zur Herstellung von Kunststoffen und zur generellen Verwertungseignung der drei Kunststoff-
klassen (Thermoplaste, Elastomere, Duroplaste) befinden sich im
Anhang (Kapitel 12.3).
Kunststoffe stellen allerdings gegenwärtig das größte ungelöste Problem bei der Verwertung von
Leitungssätzen dar. Der Grund liegt vor allem in der Heterogenität verschiedener Kunststoffe und dem
Einsatz von einigen tausend verschiedenen, teils ökologisch bedenklichen Zusatzstoffen (Additiven).
Zudem ist der molekulare Aufbau der Kunststoffe beim Verwertungsprozess im Gegensatz zu den
Metallen werkstofflich nicht konservierbar, wodurch Kunststoffe eine werkstofflich stark eingeschränkte
Kreislauffähigkeit besitzen. [32, S.30]
4.1.2 PVC (Polyvinyl-Chlorid): Thermoplast
Polyvinylchloride (PVC) sind amorphe Thermoplaste mit guter chemischer Beständigkeit und einem
großen Erweichungsbereich, was das Umschmelzen erleichtert. Man unterscheidet zwischen Hart-
PVC (PVC-U) und Weich-PVC (PVC-P). Der molekulare Aufbau von PVC gleicht dem von Polyethylen
(PE), nur dass 50 % der H-Atome durch Cl-Atome ersetzt sind. Der Anwendungsbereich von PVC ist
allerdings wesentlich größer als der von PE, da Hart-PVC durch Weichmacher etc. vielfältig modifiziert
werden kann. Besonders gute chemische Beständigkeit besteht gegenüber Ölen, dies ist neben den
niedrigen Materialkosten ein entscheidender Grund für die häufige Verwendung von PVC als Lei-
tungsisolierung im Fahrzeugbau.
Allgemein ist PVC für Betriebstemperaturen bis 70 °C zugelassen; bei entsprechender Stabilisierung
ist es aber bis 90 °C und höher in Anwendung. Nachteilig sind u.a. der hohe dielektrische Verlustfaktor
sowie das Verhalten im Brandfall. PVC gilt zwar als schwer entflammbar, im Brandfall sind jedoch die
starke Rauchentwicklung sowie die durch die Abspaltung von Chlor entstehenden korrosiven Gase
(Salzsäure) problematisch [70, S.25].
Verwertungseignung
Das in PVC enthaltene Chlor bereitet die größten Probleme. Bei
energetischer
Verwertung (z.B. von
Metallen mit PVC-Resten) können die Abgassysteme korrodieren und unter oxidierenden Bedingun-
gen Dioxinen und Furane entstehen. Vor allem hierin ist der Widerwillen von Politik und Wirtschaft
gegenüber PVC begründet. Hierzu trug der Brand am Flughafen Düsseldorf im Jahr 1996 bei, der sich
über das in Kabelschächten befindliche leicht brennbare PVC gut fortsetzen konnte.
Kunststoffe
- 25 -
Automobilunternehmen wie General Motors, Honda, Daimler Chrysler und Ford betreiben Projekte,
bei denen PVC in Fahrzeugen in den nächsten Jahren verringert oder eliminiert werden soll.
Um den Werkstoff PVC zu erhalten, entwickeln einige Firmen fieberhaft neue Verwertungsmethoden.
So hat die Firma Delphi Automotive ein PVC-Lösemittelverfahren als Vorstufe der
werkstofflichen
Verwertung entwickelt, das allerdings noch nicht großindustriell zum Einsatz kommt. Auch trockenme-
chanische Verfahren kommen bei sortenreinen oder vorsortierten PVC-Produkten zum Einsatz.
Zudem können PVC-Teile durch degradative Extrusion dehydrochloriert und anschließend
rohstoff-
lich
verwertet werden (Kapitel 12.4.3). Eine Spaltung des PVC zurück zum VC-Monomer ist nicht
möglich. PVC kann von anderen Kunststoffen aufgrund seiner hohen Dichte von 1,3 - 1,7 gut getrennt
werden; Ausnahmen sind PET und PPS.
Eine detaillierte Übersicht über die Verwertungsmöglichkeiten von PVC gibt [33].
4.1.3 PA (Polyamid): Thermoplast
Polyamide, auch Nylon genannt, sind lineare Polymere mit sich regelmäßig wiederholenden Amidbin-
dungen entlang der Hauptkette. Die Eigenschaften sind vom harten und zähen PA6.6 bis zum
weichen flexiblen PA12 variabel. Wegen ihrer hervorragenden Festigkeit und Zähigkeit werden sie oft
als Konstruktionswerkstoffe und für Metallüberzüge verwendet. Gute chemische Beständigkeit besteht
gegenüber organischen Lösungsmitteln (mineralölhaltige Schmierstoffe, wässrige Laugen, Alkohole),
doch können sie leicht von Säuren und oxidierenden Chemikalien angegriffen werden.
[
www.brand.de
]
PA, v.a. PA6, ist sehr hygroskopisch. Ein Feuchtigkeitsgehalt von 3 % ist typisch; dies kann die
Leitfähigkeit steigern, was gerade bei Leitungsisolierungen nicht erwünscht ist.
PA ist werkstofflich (Regranulieren), chemisch, rohstofflich (Recyclingprodukt ist Caprolactam, aus
dem wieder PA6 hergestellt werden kann) und energetisch verwertbar.
4.1.4 PE und PP (Polyolefine): Thermoplaste
PE
, Polyethylen, ist der in Europa und in Deutschland meist produzierte Kunststoff. Das Ausgangsma-
terial zur PE-Produktion ist das Gas Ethylen, welches aus Erdöl und Erdgas gewonnen wird. Im
Vergleich zu anderen Kunststoffen wie PVC ist der Anteil an Additiven in PE mit etwa 5 % gering.
Man unterscheidet zwischen PE hoher Dichte (PE-HD) und PE niedriger Dichte (PE-LD). PE-HD-
Moleküle sind verglichen zu PE-LD sehr kompakt und weisen erhöhte Festigkeit sowie chemische
Beständigkeit auf. Die Gebrauchstemperatur reicht bis 120 °C. PE-LD ist im Vergleich zu PE-HD ein
weniger kompaktes Molekül mit sehr guter Flexibilität und guter chemischer Beständigkeit. Gegenüber
organischen Lösungsmitteln ist die Beständigkeit geringer als bei PE-HD. Die Gebrauchstemperatur
ist auf 100 °C begrenzt.
PE wird oft vernetzt, um es hitzebeständig (Temperaturen bis 177 °C), unempfindlich gegen Umwelt-
einflüsse und dauerhaft zu machen. PE ist in sternenvernetzter Form werkstofflich kaum verwertbar,
da es durch die Vernetzung beim Schmelzen nicht viskos genug wird. Chemisch und energetisch
hingegen ist es gut verwertbar; PE liefert mit einem unteren Heizwert von 43,3 MJ [34] doppelt so viel
Wärme wie PVC. Nichtvernetztes PE ist auch werkstofflich verwertbar; eine Möglichkeit stellt der
Einsatz von PE-LD-Abfällen als granulierter Zuschlagstoff für den Straßenbau dar.
Kunststoffe
- 26 -
Insgesamt ist PE genau wie PP ein Kunststoff, der in Bezug auf Toxikologie und Umweltbelastung bei
der Produktion, Verbrennung und Deponierung wesentlich weniger Probleme bereitet als PVC.
PP
, Polypropylen, ist ein dem PE-HD eng verwandter thermoplastischer Kunststoff. Im Vergleich zu
PE ist PP härter und steifer, im Vergleich zu nicht vernetztem PE temperaturbeständiger. Doch kann
es merklich leichter durch stark oxidierende Chemikalien angegriffen werden.
4.1.5 UP (Polyester): Duroplast
Eigentlich hat erst die Glasfaser den ungesättigten Polyestern zum Durchbruch verholfen, denn als
Verbundwerkstoff gewinnen Glasfaser und Polyesterharz eine ungeahnte mechanische Festigkeit -
und das bei geringem Gewicht. Daher wird UP oft für Leitungssatz-Steckern verwendet.
Verbundwerkstoffe und verstärkte Kunststoffe werden durch die Kombination eines härtbaren Kunst-
harzes (z.B. Polyesterharz) und eines Verstärkungsmaterials (z.B. Glasfasern, Kohlenstofffasern)
hergestellt. Diese Materialkombinationen halten besonders hohe mechanische Belastungen aus und
werden daher sogar in Fahrzeugkarosserien eingesetzt.
4.2 Additive
Durch Zugabe von Additiven (Verträglichkeitsverbesserer) können werkstoffliche Eigenschaften und
die Verträglichkeit von Polymeren mit anderen Materialien erhöht werden. Gebräuchliche Additive sind
Flammschutzmittel, Weichmacher, Farbmittel, Stabilisatoren, Verstärkungsmittel, Füllstoffe, Gleit- und
Trennmittel sowie Schlagzähmodifikatoren. Auf die für den Leitungssatz wichtigsten Additive soll in
Folge eingegangen werden.
4.2.1 Flammschutzmittel
Durch Flammschutzmittel können entweder Radikale, die sich in der Flamme ausbilden, abgefangen
werden (Radikalfänger), oder es kommt zur Ausbildung einer Wärmeschranke (Selbstverlöschung).
Gebräuchlich sind organische Chlor- und Bromverbindungen, Phosphatester, Antimontrioxid zusam-
men mit organischen Halogenverbindungen und organische Hydroxide [12, S.30]. Bromierte
Flammschutzmittel können wie PVC bei energetischer Verwertung unter oxidierenden Bedingungen
zur Freisetzung von Dioxinen und Furanen führen (Kapitel 3.3.4). Ein wirtschaftlicher Ersatz bromierter
Flammschutzmittel ist allerdings nicht immer möglich. [35]
4.2.2 Weichmacher
Weichmacher, auch Dephtilate genannt, verringern die Härte und Sprödigkeit von Materialien durch
Erniedrigung der Glasübergangstemperatur. Sie kommen z.B. in Leitungsisolierungen zum Einsatz.
Weichmacher sind neben den Flammschutzmitteln der
Hauptproblemstoff
bei der Verwertung von
Leitungsisolierungen.
Kunststoffe
- 27 -
4.2.3 Farbmittel
Bei den Farbmitteln unterscheidet man Farbstoffe (im Kunststoff löslich) und Pigmente (unlöslich).
4.2.4 Stabilisatoren [12, S.30]
Stabilisatoren können ...
o
... einen chemischen Abbau unter Sauerstoffeinwirkung oder Wärme verhindern.
o
... als Alterungsschutzmittel (Radikalfänger, Hydroperoxydzerstörer und Metalldesaktivatoren
verhindern einen Kettenabbau) dienen.
o
... als Lichtschutzmittel vor UV-Strahlungseinflüssen schützen, was allerdings für den
Leitungssatz weniger wichtig ist.
4.2.5 Verstärkungsmittel
Verstärkungsmittel erhöhen insbesondere die mechanischen Eigenschaften; üblich sind vor allem
Glas- und Kohlenstofffasern. Sie kommen z.B. in Steckern zum Einsatz.
4.3 Separierung von Kunststoffsorten
4.3.1 Einführung
Um qualitativ hochwertige Rezyklate herstellen zu können, sollten Kunststoffe immer sortenrein
verarbeitet werden, was eine der Verarbeitung vorangehende Separierung notwendig macht. Die
Separierung von Kunststoffen wird untergliedert in Erkennung und Trennung, wobei der Erkennungs-
schritt bei einigen Verfahren nicht nötig ist. Die hier geschilderten Verfahren können z.B. zur Trennung
von aus der Schredderleichtfraktion abgeschiedenen Kunststofffraktionen eingesetzt werden.
4.3.2 Erkennung durch IR und Trennung durch Ausblasen
Für eine industrielle Anwendung der Kunststofferkennungsverfahren ist es zwingend erforderlich, dass
diese schnell, einfach und mit extrem hoher Trefferquote arbeiten. Mit diesem Ziel wird in Zwickau
unter Mitarbeit von Ford, BMW und Mercedes eine Pilotanlage zur Erkennung und Sortierung von
Kunststoffen betrieben, deren Entwicklungsarbeit Mitte 2002 abgeschlossen wurde. [45]
Die Erkennung erfolgt über Nah-Infrarot-Spektroskopie (NIR). Die Erkennung von Haushalts- und
Gewerbemüll, der eine helle Farbe besitzt, ist schon seit einigen Jahren möglich. Die Erkennung von
Fahrzeugkunststoffen hingegen ist deutlich schwieriger, da sie zum einen schwarz sind, so dass nur
ein geringer Teil der zur Erkennung notwendigen Strahlung reflektiert wird und sie zum anderen viel
Kohlenstoff enthalten, der die den Kunststoff charakterisierenden Frequenzpeaks verändert. Für diese
Anlage bieten sich primär großvolumige, leicht zu demontierende Bauteile an; folglich ist diese Anlage
für aus Leitungssätzen gewonnene Kunststoffe nicht geeignet.
Kunststoffe
- 28 -
4.3.3 Trennung nach Dichte
Bei Kunststoff-Trennverfahren nach physikalischen Eigenschaften wie z.B. Dichte, Benetzbarkeit und
Leitfähigkeit sind die Dichte-Trennverfahren von zentraler industrieller Bedeutung. Eine Tabelle, die
Kunststoffe und ihre Trennbarkeit nach Dichte voneinander auflistet, ist im ,,Worldwide Design Stan-
dard" von Ford zu finden. Die dabei angenommenen Dichten leitungssatzrelevanter Kunststoffe sind:
Kunststoff
PP PE ABS
PA PVC
Dichte [g/cm
3
]
0,9 0,95 1,06 1,13 1,4
Tabelle 6:
Dichte leitungssatzrelevanter Kunststoffe nach dem ,,Worldwide Design Standard"
Eine genauere Übersicht über die Dichte [g/cm
3
] von Kunststoffen gibt die folgende Abbildung.
Abbildung 9: Dichtebereiche von Kunststoffen [Präsentation von Faurecia im Juni 2002]
Es ist zu beachten, dass die Dichte von Kunststoffen, besonders von PVC, je nach Additiven etc.
schwanken kann und 10 % Glasfaserbeimischung die Dichte um 0,075 g/cm
3
erhöhen.
Der Schwimm-Sink- und der Hydrozyklon-Prozess sind zwei dieser Sortierungsverfahren mit flüssigen
Medien. Mit Hilfe des Schwimm-Sink-Verfahrens sind aus Kunststoffgemischen Fraktionen mit angeb-
lich bis zu 98 prozentiger Reinheit aussortierbar. Hierfür ist allerdings ein Dichteunterschied von
mindestens 0,1 g/cm
3
nötig.
Nach [14] ist das Trennen nach Dichte aufgrund der Tendenz zu steigender Separationsgenauigkeit in
Frage zu stellen, da sich die Dichtebereiche verschiedener Kunststoffe oft weit mehr überlappen als
die Erweichungs- und vor allem Schmelzbereiche. Auf letzteren basierende Separierungsmethoden
ermöglichen daher eine genauere Trennung.
4.3.4 Anschmelzverfahren - Trennung nach Erweichungstemperatur
Bei diesem thermischen Verfahren erfolgt die Trennung über das Anschmelzverhalten von Kunststof-
fen an beheizten Oberflächen. Dabei werden die unterschiedlichen Erweichungs-temperaturbereiche
der verschiedenen Kunststoffe genutzt. Zu diesem Zweck führt ein Förderband zerkleinertes Kunst-
stoffgemisch zu und bringt es mit einer beheizten rotierenden Walze in Berührung. Durch die
Kunststoffe
- 29 -
Beheizung angeschmolzenes Material haftet an der sich drehenden Walze an und wird von dieser
weitertransportiert, um dann durch eine Abstreichvorrichtung von der Walze gelöst und in einem
Behälter aufgefangen zu werden. Das nicht angeschmolzene Material verbleibt auf dem Förderband
und fällt in einen anderen Auffangbehälter. [32, S.103]
Die Erweichungstemperatur von PP liegt beispielsweise bei 125 bis 130 °C.
4.3.5 Zentrifuge - Separation nach Schmelzpunkt
Dieser Prozess wird in Kapitel 7.2.6.2 erläutert.
4.4 Verwertungsverfahren
für
Kunststoffe
Die Wieder- und Weiterverwendung von Kunststoffbauteilen ist bisher nicht sehr verbreitet. Beispiele
im Fahrzeugbau sind die Wiederverwendung von Blinkergläsern oder Kunststoffstoßfängern.
Je höher der Verschmutzungsgrad der Kunststoffe ist, die verwertet werden sollen, desto geringer ist
die Anzahl der anwendbaren Verwertungsverfahren, womit das Endprodukt qualitativ niederwertiger
wird. Das Verwerten von Kunststoffen wird wie folgt unterteilt, wobei im Textverlauf weiter unten
stehende Verwertungsformen das Hervorbringen von Produkten für niederwertigere Anwendungen
bedeuten.
· Werkstoffliche Verwertung:
Durch Granulieren und/oder Schmelzen von Altkunststoffen werden
neue makromolekulare Strukturen erzeugt. Diese Form der Verwertung wird v.a. bei Thermoplas-
ten angewandt.
· Chemische Verwertung:
Chemische Verwertungsverfahren wie die Hydrolyse oder Alkoholyse
dienen zur Erzeugung niedermolekularer Bausteine. Die chemische Verwertung ist eine Variante
der rohstofflichen Verwertung und kann nicht immer klar von dieser abgegrenzt werden, wird hier
aber als eigene Verwertungsform behandelt.
· Rohstoffliche Verwertung:
Aus Altkunststoffen werden ihre organischen Grundstoffe wie Gase
und Öle gewonnen. Sie können anschließend durch petrochemische Verfahren in Raffinerien wei-
terverarbeitet werden; dabei substituieren sie die fossilen Rohstoffe Kohle, Erdöl und Erdgas.
· Energetische Verwertung:
Durch Verbrennung, in deren Rahmen Energie gewonnen wird sowie
Kohlendioxid und Wasser produziert werden.
Eine detaillierte Beschreibung der vier Verwertungsverfahren mit Beispielen befindet sich im
Anhang
(Kapitel 12.4).
Kunststoffe
- 30 -
Abbildung 10: Wirtschaftliche Verwertung von Kunststoffen in Abhängigkeit vom Verschmutzungs-
grad [16, S.44]
Für einige Verwertungsverfahren ist Demontage nötig. Die Demontage der Kunststoffe stellt den
größten Kostenverursacher bei der Verwertungsprozesskette dar, so dass die Notwendigkeit zur
demontagegerechten Gestaltung von Kunststoffprodukten evident ist.
Beachtet man allerdings, dass nur 4 % des in Deutschland verbrauchten Rohöls zur Erzeugung von
Kunststoffen verwendet werden, 86 % hingegen (also mehr als das 20fache) zur Energiegewinnung
genutzt werden, erscheint es überlegenswert, Aufwendungen eher in Energiesparmaßnahmen zu
stecken und Kunststoff als hochwertigen Energieträger energetisch zu verwerten als zu versuchen,
durch aufwändige Maßnahmen werkstoffliche Kunststoffverwertung zu betreiben.
4.5 Probleme bei der Kunststoffverwertung
4.5.1 Einführung
Bedingt vor allem durch Gesetzgebung und Marketing wird von der Fahrzeugindustrie der Einsatz von
durch werkstoffliche Verwertung gewonnenen Rezyklaten bevorzugt: Dies, sofern sie eine der Neuwa-
re vergleichbare Qualität, gleiche Produkteigenschaften und keine Kostennachteile aufweisen.
Rezyklate weisen jedoch häufig Eigenschaftsschwankungen und eine Verschlechterung des Eigen-
schaftsprofils auf. Daher werden Kunststoff-Bauteile meist nur anteilig aus Rezyklat hergestellt. Der
Einsatz von Rezyklaten im Fahrzeuginnenraum ist kritisch, da diese, bedingt durch verarbeitungs-
technische Restmengen an Verunreinigungen wie Lackpartikel, Geruch ausströmen können; zudem
können sich geruchsneutrale, gasförmige Ausdünstungen auf anderen Bauteilen niederschlagen [35].
Eine Verschlechterung des Eigenschaftsprofils von Rezyklaten kann durch den Alterungsprozess der
Kunststoffe bedingt sein, aber auch durch Verunreinigungen oder eine Schädigung der Kunststoffe bei
Kunststoffe
- 31 -
der werkstofflichen Verarbeitung zu Rezyklaten. Da die Wirkung von Additiven mit zunehmender
Einsatzzeit von Kunststoffen verloren geht, müssen diese dem Rezyklat wieder neu zugesetzt werden.
Schwierigkeiten für die Fahrzeugindustrie bezüglich Kunststoff-Recycling ergeben sich, da:
·
Kunststoffrecycling keine Kernkompetenz der Fahrzeugindustrie ist,
·
die anfallenden Kunststoffmengen gering sind,
·
die Eigenschaften der Rezyklate schwanken und
·
Rezyklate zur Zeit vielfach nicht billiger als neues Material, aber oft qualitativ schlechter sind; so
sinkt z.B. die Schlagzähigkeit. Manche Eigenschaften werden jedoch verbessert; so steigt die Fes-
tigkeit durch Nachkristallisation beim Wiederaufschmelzen.
Hauptproblem bei der werkstofflichen Verwertung des Kunststoffanteils von Leitungssätzen ist das
gemeinsame Auftreten unterschiedlicher Kunststoffe. Bei chemischer Auflösung von Kunststoffen wie
bei der Glykolyse stellen unlösliche Additive das Hauptproblem dar.
4.5.2 Inkompatibilität verschiedener Kunststoffe
Um eine höherwertige Verwertung von Kunststoffen zu ermöglichen, sollte vor allem darauf geachtet
werden, Kunststoffe miteinander zu kombinieren, die im Verwertungsprozess miteinander kompatibel
sind. Sofern Bauteile mit inkompatiblen Kombinationen unumgänglich sind, sollten diese vor entspre-
chender Verwertung abgetrennt werden.
ABS ASA PA PBT
PBT
+PC
PC
PC+
ABS
PC+
PBT
PE PET POM PP PPE PS PUR PVC SAN TPU
ABS
1 3 1 1 1 1 1 5 3 4 5
1 1 1
ASA
1 3 1 1 1 1 1 5 3 4 5
1 1 1
PA
3 3 4 4 6 5 5
4 6
6
6
6
5
PBT
2
2
2
1
1
1
1
5
3
5
6
2
3
PBT+PC
1
1
2
1
1
1
1
5
3
5
1
2
PC
1
1
5
1
1
1
6
2
6
6
6
6 1 4
PC+ABS
1
1
4
1
1
1
1
2
1
PC+PBT
1
1
5
1
1
1
1
2
2
PE
5 5 3 6 6 6 5 6
6
3
6
PET
2
2
3
2
1
2
2
1
POM
4
4
3
6
6
6
6
6
6
6
3
PP
5 5 4 6 6 6 5 6 4
6
6
6
6
PPE
3
3
4
1
PS
4
4
3
4
6
4
6
1
6
3
PUR
6
6
6
6
6
6
6
3
PVC 1
1
6
6
6
6
6
6
2
SAN
1 1 4 2 2 1 1 2 6
6
6
6
1-2
3
TPU
2
2
3
2
2
3
4
2
Tabelle 7:
Kompatibilität verschiedener Kunststoffe [36]
Zeilen:
Hauptkunststoff
Kunststoffe
- 32 -
Spalten:
beigemischter Kunststoff
Legende
1 = Sehr gute Kompatibilität über eine große Zusammensetzungsbandbreite
2 = Gute Kompatibilität; geringer Verlust von Materialeigenschaften
3 = Gute Kompatibilität bei Beimischung bis 10 %
4 = Kompatibel bei Beimischung bis 3 %
5 = Deutlicher Verlust an Materialeigenschaften bei Beimischung von 1 - 2 %
6 = Nicht kompatibel, selbst bei Beimischung < 1 %
Fett
gedruckte Kunststoffe sind wichtig für den Leitungssatz.
Die Werte der grau hinterlegten Zellen sind [18, S.76] entnommen.
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Jahr
- 2002
- ISBN (eBook)
- 9783832456016
- ISBN (Paperback)
- 9783838656014
- DOI
- 10.3239/9783832456016
- Dateigröße
- 1.9 MB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- Montanuniversität Leoben – unbekannt, Nichteisenmetallurgie
- Erscheinungsdatum
- 2003 (Februar)
- Note
- 1,0
- Schlagworte
- recycling verwertung kabelstrang richtlinie demonate
