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Impulse 14 Elektronik automotive 05 2020 Projekt BReCycle Nachhaltiges Verfahren zur Aufbereitung von Brennstoffzellen Aufgrund des hohen Anteils an wertvollen Technologiemetallen und ökologischen Betrachtungen ist ein effizientes Recycling von in PEM-Brennstoffzellen enthaltenen Materialien notwendig Jedoch ist ein für Brennstoffzellen maßgeschneiderter Recyclingprozess derzeit industriell nicht verfügbar Dieser Herausforderung stellt sich nun ein Konsortium unter Leitung der Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS Im Rahmen des Projekts BReCycle erarbeitet das Konsortium bestehend aus den fünf Forschungsund Industriepartnern Fraunhofer IWKS Proton Motor Fuel Cell Mairec Edelmetallgesellschaft Electrocycling und Klein Anlagenbau ein Kreislaufwirtschaftskonzept speziell für PEMBrennstoffzellen Ziel des Vorhabens ist es ein nachhaltiges Verfahren zur Aufbereitung von Brennstoffzellen zu entwickeln mit dem hochwertige Materialfraktionen insbesondere aus der Elektrodenbeschichtung generiert und die Polymermembran abgetrennt werden können Für den Recyclingmarkt von Brennstoffzellen sind vor allem die wertvollen Edelmetalle wie Platin und Ruthenium von Bedeutung Auf diese Metalle sind auch derzeit verwendete allgemeine Recyclingprozesse für Edelmetalle ausgelegt in denen Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen derzeit größtenteils verarbeitet werden Platin und Ruthenium sowie weitere wertvolle und seltene Metalle werden in pyrometallurgischen Metall-Recyclingprozessen zurückgewonnen Jedoch entstehen beim pyrometallurgischen Recycling von Brennstoffzellen hochgiftige Fluorverbindungen aus der fluorierten Nafion-Membran wodurch eine großformatige Umsetzung eine sehr aufwendige Abgasreinigung voraussetzt Bislang existieren keine industriell effizient einsetzbaren Recyclingprozesse die vor der Schmelzaufbereitung die Polymermembranen ausreichend separieren und damit die Gefahr der Entstehung von Fluorwasserstoff im Schmelzprozess unterbinden Zudem gehen unedlere Metalle wie Stahl oder Aluminium im Prozess größtenteils verloren Im Projekt BReCycle soll nun ein neuer Ansatz entwickelt werden der einen hohen Rückgewinnungsgrad der eingesetzten Rohstoffe sicherstellt und hinsichtlich Umweltverträglichkeit insbesondere Energiebilanz und Wirtschaftlichkeit überlegen ist Gleichzeitig sollen Aspekte des kreislaufgerechten Produktdesigns Design for Recycling oder Design for Circularity untersucht und umgesetzt werden um die Recyclingfähigkeit von Brennstoffzellen zu erhöhen sowie den Einsatz von Sekundärwerkstoffen im Sinne des Ressourcenschutzes zu forcieren und darauf basierend neue Geschäftsmodelle zu entwickeln Materialien zerkleinern Das Recyclingverfahren selbst soll sowohl für komplette Brennstoffzellenmodule als auch für einzelne Komponenten ausgelegt sein Dazu wird zunächst ein Prozess zur Vorzerlegung entwickelt um Bauteile wie elektrische Anschlüsse oder Kabel zu entnehmen Zur weiteren selektiven Zerkleinerung kommt die elektrohydraulische Zerkleinerung EHZ zum Einsatz Dabei werden die vorzerkleinerten Baugruppen in einen mit Wasser gefüllten Reaktor gegeben und mittels Schockwellen durch elektrische Entladung erzeugte Druckwellen materialselektiv zerkleinert Insbesondere soll hier die platinhaltige katalytisch aktive Schicht auf den Elektroden vom Kunststoff abgetrennt werden Die so zerkleinerten Materialien können anschließend über einfache physikalische Trennverfahren wie Sieben und Filtern in die Materialfraktionen Katalysatorpulver und Graphite sowie Polymer und Metalle aufgetrennt werden Für die Trennung der Polymermembran von der Metallfracht wird eine Identifizierung mittels IR-Sensorik und entsprechender bauteilselektiver Ausschleusung im Verfahren getestet Die erhaltenen Metallfraktionen können anschließend über etablierte metallurgische Aufbereitungsverfahren effizient aufbereitet werden Durch die angestrebte starke Aufkonzentration der verschiedenen Wertstoffe wie Platin Ruthenium und andere Metalle aus der katalytisch aktiven Schicht wird beispielsweise bei einer In Wasserstofffahrzeugen kommen vor allem Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen zum Einsatz Mit der steigenden Verbreitung dieser Technologie wird spätestens 2030 eine größere Menge dieses Brennstoffzellentyps sein Lebensende erreicht haben Diese müssen recycelt werden Doch wie? Das Fraunhofer IWKS startet das Projekt BReCycle um Brennstoffzellen effizient zu recyceln Es wird ein Ansatz entwickelt der einen hohen Rückgewinnungsgrad der Rohstoffe sicherstellt Bild Proton Motor Fuel Cell