Ist es technisch machbar, verschiedene gemischte Lampentypen aus Recyclingströmen ohne manuelle Hilfe zu identifizieren? Dieser Frage ging eine Forschungsgruppe des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration und der Optrotransmitter Environmental Protection Technology (OUT) eV nach.
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Eindeutig und automatisch trennen Während LEDs (Light Emitting Diodes) aus lichtemittierenden Halbleiterbauelementen bestehen, enthalten Gasentladungslampen (GDLs) technisch bedingt geringe Mengen Quecksilber. Diese unterschiedlichen Materialzusammensetzungen erschweren die Identifizierung und Trennung der beiden Lampentypen im Abfallstrom.
Die Forscher suchten daher nach Methoden, mit denen sich GDLs und LEDs automatisch und eindeutig trennen lassen. Damit soll einerseits der EU-Quecksilberverordnung EU 2017/852 entsprochen werden, die die 2013 unter dem Dach der Vereinte Nationen. Zweitens bestehen LEDs aus unterschiedlichen Materialien und anderen Komponenten, die als Verunreinigungen gelten und als Abfall einen anderen Behandlungsprozess erfordern.
Herkömmliche Sortiermethoden ungeeignet Die unterschiedlichen Materialien und damit die unterschiedlichen Fraktionen im Ergebnis erwiesen sich als schwieriger für die Analyse; Darüber hinaus bestanden mögliche Risiken von Ausfallzeiten oder Beschädigungen der Anlagen zum GDL-Recycling durch LEDs und Anforderungen aus der WEEE-Gesetzgebung und europäischen Normen zur Entfernung von Quecksilber nach dem Stand der Technik.
Besondere technische Schwierigkeiten ergaben sich jedoch dadurch, dass im Gemisch zwar vollständig intakte Gasentladungslampen zu finden sind, andererseits aber auch teilweise beschädigte, deren Gas entwichen ist und die daher weder zünden noch leuchten . Die Nutzenanalyse hat gezeigt, dass die gängigen Sortierverfahren für Elektronikschrott wie Magnet-, Wirbelstrom- und triboelektrische Separation sowie Siebklassierung und Windsiebung nicht geeignet sind, unbeschädigte Lampen zu trennen. Röntgenbasierte Verfahren wurden aufgrund der Komplexität, der hohen Beschaffungs- und Wartungskosten sowie der Gesundheits- und Sicherheitsrisiken ausgeschlossen. Aus 13 möglichen Methoden wurden zwei Fluoreszenztechnologien in die engere Wahl gezogen: der elektromagnetische Induktionstest und die Blaulichtmethode. Sie bringen GDLs und / oder LEDs gezielt zum Leuchten und ermöglichen so deren Identifizierung.
Mindestens 60 Prozent richtig identifiziert Mit elektromagnetischen Wechselfeldern konnten die unbeschädigten GDLs zu 100 Prozent richtig zugeordnet werden; Defekte Gasentladungslampen hingegen konnten aufgrund des ausgetretenen Gases nicht identifiziert werden. Tests mit einer Induktionsspule zeigten, dass durch die Induktion auch die Chipoberflächen der LED-Lampen leuchten; dies soll durch Filter im Argon- und Quecksilberbereich verhindert werden. Das Blaulichtverfahren führte zu einer exakten Erkennung von LED-Lampen um 60 bis 90 Prozent.
Dieser Anteil könnte noch erhöht werden, indem die Lampen so ausgerichtet werden, dass sie direkt und mit empfindlichen optischen Sensoren erfasst werden können. Da einige GDLs auch bei Blaulicht blitzten, sollten sie manuell oder per Bilderkennung aussortiert werden. Der zusätzliche Einsatz von Filtern für bestimmte Spektrallinien wird nicht als sinnvoll erachtet, da LEDs und GDLs, die blauem Licht ausgesetzt sind, keine Unterschiede in der Abstrahlung von Wellenlängen aufweisen. Die Beleuchtung einiger Halogenlampen unter elektromagnetischer Induktion bewerteten die Forscher als unkritisch im Hinblick auf die spätere Qualität und Reinheit der Leistung.
Durchsatz: bis zu 500.000 Lampen pro Stunde Auf Basis der Experimente berechneten die Forscher die technischen Daten einer entsprechenden Maschine zur Detektion. Sie schätzten die Prozesszeit für die Sensoren im Blaulichtverfahren und elektromagnetischer Induktion auf Mikrosekunden, den optisch möglichen Durchsatz auf 250.000 bis 500.000 Lampen pro Stunde. Das Ergebnis hängt aber auch von der Anordnung der Lampen auf dem Transportband und der Auswurfgeschwindigkeit ab. Die Kosten speziell für den zu Testzwecken gebauten Prototypen beliefen sich auf 41.630 Euro.
Ultimative Maschinentrennung? Nach Abschluss der Testreihen wurden die Ergebnisse mit vier Betreibern von Lampenrecyclinganlagen diskutiert. Sie wiesen darauf hin, dass die heutigen Behandlungsschwierigkeiten weniger auf den Anteil von LED-Lampen im Materialfluss oder auf Probleme mit LED-Materialien zurückzuführen seien, als auf die enorme Anzahl an Sondertypen in der alten Lampensammlung. Daher ist es derzeit fraglich, ob eine Maschine diese unterschiedlichen Lampentypen letztendlich trennen kann oder nicht mehr geschultes Personal.
Allerdings wird sich der Anteil der LEDs – GDLs in den kommenden Jahren verschieben, so dass der Fokus verstärkt auf der Detektion von LEDs liegt. Aus heutiger Sicht ist es definitiv das Sinnvollste für den Recyclinganlagenbetreiber, nach LEDs mit Blaulicht und GDL mit dem elektromagnetischen Verfahren zu suchen.
Weitere technische Informationen zu den Tests finden Sie unter https://561fa32e-aa15-4cf4-9a17-84a646abe653.filesusr.com/ugd/f9296e_5f1fec2409a740339e0278f451fcef7f.pdf.
(Erschienen im EU-Recycling Magazin 11/2021, Seite 48, Foto: Fraunhofer IZM / OUT eV)