Zielsetzung:
Ziel von PeroCycle ist es, ein industrietaugliches Recyclingverfahren für Perowskitmodule zu entwickeln. Da Perowskitmodule umwelt- und gesundheitsschädliches Blei enthalten, sollte bereits jetzt an die Entsorgung der Module nach Erreichen der Lebensdauer gedacht werden.
In unserem Projekt sollen Perowskit-Minimodule am ZSW hergestellt und verkapselt werden. Dadurch, dass unterschiedliche Arten von Modulen recycelt werden sollen, wird gleichzeitig die Praxistauglichkeit des Recyclingverfahrens geprüft.
Die verkapselten Perowskit-Module sollen bei der FLAXRES GmbH mittels Lichtpulstechnologie aufgetrennt werden. Getestet werden soll eine Auftrennung so, dass der Glas-Polymer-Verbund, und damit das Glas als Ganzes, effektiv vom Absorbermaterial getrennt wird. Somit soll im Gegensatz zum gängigen Schreddern keine Vermischung mit den anderen Materialien erfolgen. Das Glas kann daher erneut zu Flachglas verarbeitet werden. Das Perowskit-Absorbermaterial wird sortenrein eingesammelt und es muss lediglich 1/3000 der Gewichtsmenge eines Moduls chemisch aufbereitet werden.
Nach der Trennung der Materialien erfolgt die Entwicklung und Optimierung eines Perowskit-Recyclingverfahrens beim assoziierten Partner Solaveni GmbH. Für den Recyclingprozess werden selbstentwickelte nicht brennbare, kostengünstige und umweltfreundliche Lösungsmittelsysteme eingesetzt, die den Einsatz von toxischen Lösungsmitteln obsolet machen und auf den Einsatz von extremen Bedingungen, wie bspw. hohe Temperaturen verzichten. Dieser Ansatz soll es ermöglichen, die Kosten und die Umweltauswirkungen zu minimieren, indem der Energieverbrauch und die Abfallproduktion reduziert und die Kreislaufwirtschaft gefördert wird. Das angedachte Verfahren umfasst chemische und physikalische Bearbeitungsverfahren, wobei mindestens 90% der alten Absorbermaterialien zurückgewonnen werden sollen, die nach dem Recyclingprozess eine Reinheit von >=99% aufweisen.
Am ZSW sollen aus den recycelten Absorbermaterialien (sowie mit den recycelten TCO-beschichteten Gläsern) neue Perowskitmodule hergestellt werden. Die Module aus den recycelten Materialien sollen mindestens 90% des Wirkungsgrads der frisch hergestellten Referenzproben aufweisen.
Das Auslaugverfahren nach DEV S4 soll durch ein Schnellauslaugverfahren ergänzt werden, mit dem industrielle Nebenprodukte und RC-Baustoffe in ca. 30 Minuten in vergleichbarer Weise eluiert werden können wie nach dem Normverfahren. Das Verfahren soll so weit optimiert werden, dass es zur Eingangskontrolle bei der Anlieferung von Baustoffen zugelassen werden kann. Es sollen verschiedene Ultraschallsysteme erprobt und die Randbedingungen des Verfahrens so variiert werden, dass die Ergebnisse weitgehend denen aus dem modifizierten S4-Verfahren gleichen. Das Verfahren wird an auseinandergesiebten und nach vorgegebener Sieblinie zusammengesetzten Rückstellproben sowie an weiteren praxisrelevanten Baustoffen erprobt. Durch Vergleich mit laufenden praxisgerechten Feldversuchen an RC-Baustoffen können die für Routineanalysen wichtigen Parameter ermittelt werden. Eine Schnelluntersuchung einschließlich der Analyseverfahren soll modellhaft vorgeschlagen werden.
Die H.C. Starck Tungsten GmbH produziert aus Recyclingmaterialien und Erzen hochleistungsfähige Wolfram-Pulver und Wolfram-Verbindungen für den Maschinen- und Werkzeugbau, die Automobil- und Energieindustrie, die Luftfahrt sowie die Chemische Industrie. Das Unternehmen beschäftigt weltweit 550 Mitarbeiter. Ein wichtiges Produkt der Wolframchemie ist Ammoniummetawolframat (AMW), welches u.a. als Vorstoff für Industriekatalysatoren verwendet wird. Bisher wurde dieser Stoff über ein energieintensives mehrstufiges Aufbereitungsverfahren produziert. Dabei wurden mehrere Verdampfer zum Wasserentzug bzw. zur Aufkonzentrierung der AMW-Lösung verwendet. Darüber hinaus musste die AMW-Lösung mehrmals im Kreis gefahren werden, um die gewünschte Konzentration zu erreichen. Die Umkehrosmosetechnologie wurde nach dem bisherigen Stand der Technik vorrangig im Bereich der Trinkwasseraufbereitung, der Behandlung von nitrathaltigen Abwässern in der chemischen Industrie sowie zur Meerwasserentsalzung eingesetzt. Ziel des Projektes war die energieeffiziente Herstellung von Ammoniummetawolframat (AMW) aus wolframhaltigen Schrotten durch den erstmaligen Einsatz der Hochdruckumkehrosmose zur Aufkonzentrierung von AMW. Dabei sollte der Verdampfungsprozess durch eine energieeffiziente Umkehrosmoseanlage mit Arbeitsdrücken von über 100 bar substituiert werden. Die Hauptinnovation des Projektes besteht darin, dass die Hochdruckumkehrosmose erstmalig nicht nur auf einfache anorganische Salze in wässriger Lösung angewendet wird, sondern auf Isopolyionen bildende Metallate, bei denen zum Teil sehr komplizierte Gleichgewichte zwischen verschiedenen Spezies bestehen, die durch möglicherweise auftretende selektive Ionenpermeabilitäten der Membran nicht gestört werden dürfen. Kern der Anlage sind zwei parallel geschaltete Druckrohre, von denen jedes mit maximal drei Membranwickelmodulen bestückt werden kann. Diese werden über eine Kreislaufpumpe von ihrer Stirnseite her mit mehreren Kubikmetern pro Stunde auf der Konzentratseite durchströmt. Diesem Kreislauf wird über eine vorgeschaltete Vordruckpumpe und eine Hochdruckpumpe Feedlösung geringerer Konzentration zugeführt. Die Membranen haben sich auch im Langzeitbetrieb als stabil erwiesen, was die wirtschaftliche Nutzung dieser Technologie erst ermöglicht. Im Vergleich zum herkömmlichen Verdampfungsverfahren konnte durch die Hochdruckumkehrosmose eine Energieeinsparung von über 97 Prozent erzielt werden. Bei einer jährlichen Produktionsmenge von 1.000 Tonnen AMW entspricht das einer Einsparung von 5600 Megawattstunden Energie und damit ca. 1.021 Tonnen CO 2 -Äquivalente bzw. ca. 1.023 Kilogramm CO 2 -Äquivalente pro Tonne AMW. Da die H.C. Starck Tungsten GmbH ausschließlich Strom aus erneuerbaren Quellen bezieht, beträgt die CO 2 -Einsparung 100 Prozent. Zusätzlich zur Energieeinsparung wurde auch der Verbrauch an Natronlauge (50-prozentige NaOH) um ca. 39 Tonnen pro Jahr gesenkt. Die Emissionen an Neutralsalz (Na 2 SO 4 ) über das behandelte Abwasser konnten so um etwa 35 Tonnen pro Jahr reduziert werden. Das Vorhaben hat einen sehr guten Modellcharakter und ist prinzipiell auch auf andere Anwendungen zur Aufkonzentrierung von Metallaten oder auf andere komplizierte chemische Systeme übertragbar.
Branche: Chemische und pharmazeutische Erzeugnisse, Gummi- und Kunststoffwaren
Umweltbereich: Klimaschutz
Fördernehmer: H.C. Starck Tungsten GmbH
Bundesland: Niedersachsen
Laufzeit: 2018 - 2020
Status: Abgeschlossen