Technologia czujników laserowych do recyklingu metali zamiast wydobywania surowców mineralnych

Rozwój technologii czujników laserowych poprawia przyszły recykling metali. Jeden cel: zwiększenie efektywności wykorzystania zasobów w firmach. © Cronimet Ferroleg. GmbH, Karlsruhe, Niemcy.

 

Niemcom dbającym o lokalną produkcję, a tym samym o dobrobyt społeczny, zależy w dużej mierze na dostępności surowców metalicznych, takich jak chrom, nikiel, miedź i kobalt. Jednak wraz ze wzrostem światowego popytu metale te stają się coraz rzadszym towarem. Ze względu na niedobór surowców mineralnych recykling surowców odgrywa decydującą rolę w ograniczaniu niedoboru i jest najważniejszym źródłem surowców metalicznych w Niemczech i Europie.

Lepsza równowaga – ekologicznie i ekonomicznie

Recykling ma wyraźne zalety: zużyty złom metalowy, którego nie można już wykorzystać, taki jak rury, blachy, narzędzia, stare kable, złom elektryczny i elektroniczny oraz stare części z gospodarstw domowych lub rozbiórki, można stopić, posortować według metalu lub stop i ponownie użyte praktycznie bez utraty jakości. Ze względu na wysoką wartość materiałów proces idealnie się opłaca – i wytwarza znacznie mniej CO2 niż proces pierwotny: kosztowna, złożona technicznie ekstrakcja surowców mineralnych w czasami bardzo krytycznych warunkach, a także ich transport do miejsc docelowych wokół świecie, nie jest już konieczne.

Sedno sprawy polega na tym, że zarówno cena, jak i dostępność złomu oraz stopień jego recyklingu zależą od wielu wzajemnie zależnych czynników. Należą do nich wahania cen na rynku pierwotnym, cykl życia produktów i stopień ich zbierania, straty w procesie, techniczna możliwość recyklingu oraz wartość danego stopu. Rynki światowe są odpowiednio niestabilne. Jeśli cena metali pierwotnych rośnie, dostępność złomu spada i odwrotnie. Wiąże się to z dużym ryzykiem dla firm.

Większa wydajność dzięki laserom

Na tym tle Fraunhofer ILT wraz z Cronimet Ferroleg. GmbH z Karlsruhe w Niemczech opracowała nowatorski laserowy proces sortowania. Technologia czujników, opracowana w ramach projektu PLUS finansowanego przez niemieckie Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań (BMBF), sprawia, że wykrywanie i sortowanie stopów w złomie metali jest znacznie szybsze i dokładniejsze. W 2020 roku pilotażowa instalacja została oddana do użytku w zakładzie Cronimet-Ferroleg w Karlsruhe i działała wyjątkowo dobrze. Jest przeznaczony między innymi do obróbki stali szybkotnących, w skrócie HSS.

„Narzędzia HSS zawierają cenne pierwiastki stopowe, takie jak kobalt i można je znaleźć w każdym sklepie z narzędziami. Na przykład w wiertarkach lub głowicach frezarskich”, mówi dr Cord Fricke-Begemann, który jest odpowiedzialny za analizę materiałów w Fraunhofer ILT i kierował projektem PLUS przy wsparciu doktoranta Fredrika Schreckenberga.

Powszechne procesy ograniczają się do pracochłonnego ręcznego pomiaru kilku stopów. Z drugiej strony spektroskopia rozpadu indukowanego laserem (LIBS), opracowana w Fraunhofer ILT i stosowana w PLUS, jest technologią, która umożliwia identyfikację ponad 20 specjalnych stopów nawet w małych fragmentach – automatycznie, szybko i bezkontaktowo. „W bardzo krótkim czasie możemy przetworzyć więcej złomu i osiągnąć wyższą czystość”, mówi Fricke-Begemann. „W ten sposób budujemy ważny pomost między badaniami a przemysłem”.

Dzięki laserowemu procesowi sortowania opracowanemu w ramach projektu BMBF PLUS cenne stopy można skutecznie odzyskać ze złomu metalowego. © Cronimet Ferroleg. GmbH, Karlsruhe, Niemcy.

Technologia przyszłości dla Europy

W ramach projektu UE „Modernizacja sprzętu do efektywnego wykorzystania zmiennych surowców w procesach wytwarzania metalu” (REVaMP), który został uruchomiony w 2020 r., Fraunhofer ILT wnosi obecnie swoją wiedzę fachową w dziedzinie analizy materiałów na poziomie europejskim. Projekt, który ma trwać trzy i pół roku, jest wspierany przez międzynarodowy sojusz firm i instytutów badawczych z Hiszpanii, Polski i Niemiec. „Celem jest uniwersalne wykorzystanie wiedzy zebranej w ramach projektu PLUS, niezależnie od zastosowanych stopów”, mówi Fricke-Begemann. „Chcemy zbudować czujnik, który będzie można zainstalować w istniejących zakładach przemysłowych, aby proces recyklingu był zasadniczo bardziej wydajny”.

Jaki jest skład i właściwości stopów przeznaczonych do recyklingu? Ile ołowiu zawiera dostarczony materiał? Kiedy materiał ulega stopieniu i ile energii należy dodać? Na te pytania skupia się REVaMP i w przyszłości należy na nie uściślić odpowiedzi. Jeśli się powiedzie, będzie to znaczący wkład w uniezależnienie Europy od światowych rynków surowców – oraz w zdecydowaną poprawę efektywności wykorzystania zasobów przez jej przedsiębiorstwa.

Pilotażowa instalacja do recyklingu w oparciu o laser, która powstała w ramach projektu PLUS, nadaje się na przykład do automatycznej obróbki stali szybkotnących (HSS). © Cronimet Ferroleg. GmbH, Karlsruhe, Niemcy.

 

Project PLUS: „Instalacja pilotażowa do laserowego sortowania stopów specjalnych”
Projekt PLUS, trwający od 1 stycznia 2017 r. Do 30 czerwca 2020 r., Był finansowany w ramach działania finansowego „r + Impuls – Innowacyjne technologie dla efektywnego gospodarowania zasobami – Impulsy do efektywnego gospodarowania zasobami przemysłowymi” niemieckiego Federalnego Ministerstwa Edukacji i Badań (BMBF ).

Partnerzy projektu: 

• Cronimet Ferroleg. GmbH, Niemcy
• Instytut Technologii Laserowej im. Fraunhofera ILT, Niemcy

 

Projekt REVaMP: „Modernizacja wyposażenia w celu efektywnego wykorzystania zmiennego surowca w procesach wytwarzania metalu”
Projekt REVaMP, trwający od 1 stycznia 2020 r. Do 30 czerwca 2023 r., Jest finansowany przez Unię Europejską w ramach programu Horyzont 2020.

Partnerzy projektu:

• VDEh-Betriebsforschungsinstitut (BFI), Niemcy (koordynacja projektu)
• Instytut Technologii Laserowej im. Fraunhofera ILT, Niemcy
• Uniwersytet RWTH Aachen, Niemcy
• Narodowe Centrum Badań Jądrowych (NCBJ), Polska
• Centrum Badań Metalurgii Azterlan, Hiszpania
• Centrum Technologiczne Eurecat, Hiszpania
• Cartif Technology Center, Hiszpania
• Laser Analytical Systems & Automation GmbH, Niemcy
• SYSKON – Systemy Kontroli Procesów Przemysłowych, Polska
• OTJ Polon, Polska
• GHI Hornos Industriales, Hiszpania
• ArcelorMittal Bremen GmbH, Niemcy
• Sidenor Specialty Steels, Hiszpania
• Grupal Art, Hiszpania
• Rafineria aluminium REFIAL, H

 

Źródło: Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF