Seit 1900 wurden über eine halbe Milliarde Tonnen Kupfer produziert, von denen laut Fraunhofer-Institut zwei Drittel noch immer produktiv genutzt werden. Dieses Metall ist für unser Leben unverzichtbar und eignet sich besonders gut für die Kreislaufwirtschaft, sagt Fernando Nuño und Bruno De Wachter, Mitglieder der International Copper Association und des Beirats der ElektrotechnikmesseCWIEME Berlin.

Die einzigartigen Eigenschaften von Kupfer machen es zu einem grundlegenden Werkstoff in der modernen Gesellschaft, der aus verschiedenen Industriezweigen und sogar aus unserem eigenen Körper nicht mehr wegzudenken ist. Aufgrund seiner hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit ist es unverzichtbar für elektrische Leitungen, Elektronik und die Umstellung auf erneuerbare Energien.

Die Elektroindustrie steht heute vor einer Reihe von Herausforderungen, darunter die Energiewende, Ressourcenknappheit und der Druck, ihre Umweltbelastung zu reduzieren. Diese Herausforderungen werden durch ein weiteres Problem verschärft: das wachsende Problem des Elektronikschrotts.

Nehmen-Herstellen-Wegwerfen

Elektroschrott, auch Elektronikschrott genannt, bezeichnet ausrangierte elektrische und elektronische Geräte wie Computer, Smartphones und Haushaltsgeräte, die nicht mehr funktionsfähig sind oder nicht mehr benötigt werden. Elektroschrott enthält sowohl wertvolle Materialien als auch gefährliche Stoffe und ist laut der Internationalen Arbeitsorganisation die am schnellsten wachsende Abfallkategorie weltweit.

Der größte Teil des Elektronikschrotts landet in Entwicklungsländern, denen die Infrastruktur fehlt, um ihn – ohne Schaden für Mensch und Umwelt – zu behandeln, und nur ein Bruchteil der verfügbaren Materialien wird für die Wiederverwendung zurückgewonnen.

Laut dem Global E-waste Monitor (GEM) der Vereinten Nationen im Jahr 2022 62 Millionen Tonnen Elektroschrott produziert, was einem Anstieg von 82 Prozent gegenüber 2010 entspricht. Der GEM stellte fest, dass die in diesem Elektroschrott enthaltenen Metalle einen Wert von 91 Milliarden US-Dollar hatten, darunter 19 Milliarden US-Dollar an Kupfer, 15 Milliarden US-Dollar an Gold und 16 Milliarden US-Dollar an Eisen.

Trotzdem wurden weniger als ein Viertel (22,3 Prozent) des Elektronikschrotts aus dem Jahr 2022 als gesammelt und recycelt gemeldet, sodass wertvolle Materialien im Wert von mehreren Milliarden Dollar unberücksichtigt blieben, was möglicherweise zu Umweltverschmutzung und einer steigenden Nachfrage nach Primärerzen führen könnte.

Die Entstehung dieser Abfallmengen durch einen linearen Ansatz in der Fertigung verschärft die Rohstoffknappheit und erhöht die Umweltbelastung durch die Gewinnung von Ressourcen. Die Einführung einer Kreislaufwirtschaft würde den Kreislauf schließen und die Abhängigkeit von neuen Rohstoffen verringern, indem die erheblichen Mengen an Materialien in Elektronikschrott genutzt werden. Kupfer ist dabei eines der besten Materialien, mit denen man beginnen kann.

Recyclingfähigkeit

Im Kontext der Kreislaufwirtschaft ist die Recyclingfähigkeit von Kupfer besonders bedeutsam. Es kann unbegrenzt recycelt werden, ohne dass dabei Leistung oder Qualität beeinträchtigt werden. Allein diese Eigenschaft unterscheidet es von anderen Metallen, die in der Elektroindustrie verwendet werden.

Bei einigen anderen Metallen ist die Reinheit des Schrotts ein Problem, sodass ohne aufwendige Trennungs- und Veredelungsprozesse nur ein gleichartiges Recycling möglich ist. Das bedeutet beispielsweise, dass zerkleinertes Zorba-Aluminium aus Altfahrzeugen nicht zur Herstellung von Transformatorwicklungen verwendet werden kann. Stattdessen müssen viele recycelte Metalle oft mit Neumaterial gemischt werden, um den erforderlichen Reinheitsgrad zu erreichen.

Darüber hinaus werden Metalle wie Aluminium, Zinn und Nickel häufig legiert, um ihre Eigenschaften zu verbessern. Die Identifizierung und Sortierung der verschiedenen Legierungen und die anschließende Rückgewinnung der enthaltenen Metalle mittels elektrolytischer, pyro- oder hydrometallurgischer Verfahren ist sowohl zeit- als auch energieaufwendig. Oftmals ist es zu komplex, all diese Abfallströme getrennt zu halten, sodass das Material hauptsächlich downcycelt wird.

Kupfer hingegen wird in elektrischen Anwendungen in der Regel in hochreiner Form verwendet. Tatsächlich sind rund 80 Prozent des verwendeten Kupfers unlegiert. Selbst wenn es sich um Schrott mit Verunreinigungen oder Legierungen mit anderen Elementen handelt, ist ein Recycling ohne Qualitätsverlust möglich.

Der Veredelungsprozess für Primär- und Sekundärkupfer ist identisch, und unter den richtigen Bedingungen lassen sich aus Sekundärmaterial sogar höhere Reinheitsgrade erzielen, wodurch sein Wert und seine Verwendbarkeit in hochwertigen Anwendungen gewährleistet sind. Infolgedessen geht Kupfer nie wirklich verloren, und die menschliche Gesellschaft verfügt über eine riesige städtische Kupfermine.

Beginnen Sie mit Kupfer

Der relativ hohe wirtschaftliche Wert von Kupfer kann auch ein Anreiz für das Recycling anderer Materialien sein. Beispielsweise können Recyclingunternehmen wie La Farga fortschrittliche Technologien ein, um die Kupferrückgewinnung aus Produkten zu verbessern, beispielsweise KI-gestützte Sortiersysteme mit Röntgenfluoreszenz (XRF). Diese Technologie ermöglicht eine genauere Identifizierung und Trennung von Materialien aus Abfällen. Ein Nebeneffekt dieser Entwicklung ist, dass andere Metalle als Nebenprodukte der Schmelz-, Umwandlungs- und Raffinationsprozesse von Kupfer zurückgewonnen werden können.

Auf diese Weise erleichtert das Recycling von Kupfer das Recycling anderer Materialien wie Gold, Silber, Nickel, Zinn, Blei und Zink. Mehr als 20 verschiedene Materialien werden im Zuge des Kupferrecyclings wiederverwertet.

Allerdings gibt es eine Grenze für den Anteil der Nachfrage, der durch recyceltes Material gedeckt werden kann. Selbst wenn 100 Prozent des Altkupfers recycelt würden, könnte Sekundärkupfer allein den wachsenden Kupferbedarf nicht decken. So haben beispielsweise Transformatoren und Motoren eine Lebensdauer von etwa 30 Jahren, und bis das darin enthaltene Kupfer als Schrott verfügbar wird, dürfte sich die weltweite Kupfernachfrage verdoppelt haben.

Dadurch ist es unmöglich, den globalen Recyclinganteil in neuen Produkten über 35 bis 40 Prozent hinaus zu erhöhen.

Entwerfen für Kreislaufwirtschaft

Derzeit stammen rund 30 Prozent der Kupfernachfrage aus recycelten Produkten. Wie oben erwähnt, wird eine Verbesserung des Recyclings diesen Anteil erhöhen, aber ebenso wichtig sind effizientere Designs.

Beispielsweise können Designer die Entfernung von Kupfer und anderen Metallen aus ihren Produkten vereinfachen und so die Rückgewinnung verbessern, indem sie Metallabfälle durch Verluste bei Prozessen wie der Zerkleinerung vermeiden. Darüber hinaus kann die Kommunikation mit Schmelzwerken und Recyclingunternehmen OEMs dabei helfen, die für ihre Produkte am besten geeigneten Legierungen für das Recycling auszuwählen.

Darüber hinaus trägt die Verwendung von Kupfer in bestimmten Geräten dazu bei, den Verbrauch anderer Materialien zu reduzieren. So benötigen beispielsweise Transformatoren mit Kupferwicklungen weniger Elektrostahl als Geräte mit Aluminiumwicklungen, während Induktionsmotoren mit Kupferrotoren bei gleicher Leistung zu kleineren Einheiten führen. Messen, die die gesamte Wertschöpfungskette der Elektroindustrie unter einem Dach vereinen, wie beispielsweise die CWIEME Berlin, bieten hervorragende Möglichkeiten für diese Art der Zusammenarbeit auf Branchenebene.

Obwohl ihre Prinzipien in uralten Praktiken wie der Landwirtschaft verwurzelt sind, ist die Kreislaufwirtschaft als strukturiertes, skalierbares Modell eine moderne Antwort auf globale Herausforderungen. Sie verbindet traditionelles Wissen mit innovativen Werkzeugen, um eine nachhaltige Zukunft zu schaffen. Wie passend wäre es, wenn das erste wirklich kreislauffähige Material Kupfer wäre – ein Element, das für die technologischen Fortschritte der Menschheit in der Vergangenheit so wichtig war und heute für die Energiewende, die die Zukunft prägen wird, unverzichtbar ist.

Weitere Informationen über die Rolle von Kupfer in der Gesellschaft finden Sie auf der Website der International Copper Alliance. Weitere Informationen über einen Besuch oder eine Ausstellung auf der CWIEME Berlin, einer der weltweit führenden Veranstaltungen für Elektrotechnik, finden Sie unter www.Berlin.CWIEMEevents.com.

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Über die CWIEME Berlin: Die CWIEME Berlin, eine der weltweit führenden Veranstaltungen im Bereich Elektrotechnik, ist ein unverzichtbarer Treffpunkt für Experten und Interessierte. Diese jährlich stattfindende Veranstaltung im Herzen Europas bietet eine einzigartige Gelegenheit zum Networking, zum Wissensaustausch und zur Erkundung der neuesten Entwicklungen in der Branche.

Ref: CWI046/12/24