Automatisierungstrends im Elektronikschrott-Recycling

… und der Kreis schließt sich

Die anfallende Menge an Elektronikschrott nimmt dramatisch zu. Ein „echtes“ Recycling ist in diesem Bereich nur durch Demontage der Bauteile möglich. Das wiederum erfordert eine zumindest partielle Automatisierung des Recyclingvorganges.

Der Bedarf an Demontageanlagen kann beispielsweise aus dem deutschen Elektro- und Elektronik-Markt abgeschätzt werden, wo für die nächsten zehn Jahre eine Menge von zwei Millionen Tonnen Elektronikschrott pro Jahr erwartet wird. Innerhalb der EU hat die Menge an Elektro- und Elektronik-Abfall bereits unglaubliche zehn bis zwölf Millionen Tonnen pro Jahr erreicht. Entsprechend einer aktuellen amerikanischen Studie und unter Hochrechnung entsprechender Zahlen aus dem EU-Bereich würden dem europäischem Wirtschaftsraum alleine aus der Endlagerung ausgeschiedener Personal Computer Gesamtkosten von jährlich rund 200 bis 300 Millionen g erwachsen.

Bestandsaufnahme
Ein Recycling von Elektronik-Altgeräten durch Zerlegung und Aussortierung der noch verwendbaren Teile bzw. Materialien findet so gut wie nicht statt. Sie werden zur Zeit vorwiegend mechanisch zerkleinert (geshreddert) und auf Deponien abgelagert oder einer thermischen Verwertung in Müllverbrennungsanlagen zugeführt. Der wesentliche Grund dafür liegt in den zu hohen Kosten für ein manuelles Zerlegen und Sortieren. Vereinzelt werden vollautomatisierte Demontageanlagen für ausgewählte Elektronik-Altgeräte bzw. deren Teile entwickelt.
Die Demontage bietet gegenüber dem Shreddern den Vorteil, intakte Baugruppen und Bauteile gewinnen zu können und diese in anderen Produkten wieder einzusetzen. Überdies können, aus ökologischer Sicht besonders wichtig, schadstoffhaltige Teile vor der weiteren Verarbeitung des Gerätes entfernt werden und dieses so entstückte Gerät vor der Deponierung bewahrt und über den sekundären Rohstoffmarkt wieder in den Produktkreislauf zurückgebracht werden.
Europaweit kann deshalb ein eindeutiger Bedarf an einer Weiterverwendung elektronischer Produkte oder deren Bauteile verzeichnet werden. Ein „geschlossener Lebenszyklus“ verfolgt dabei eine Reihe von (teilweise miteinander verbundenen) Zielen (Bild 1).
Angesichts begrenzter Rohstoffressourcen ist eine weitestgehende Schließung von Stoffkreisläufen für eine langfristige nachhaltige Entwicklung wünschenswert.
Mit dem verbrannten oder deponierten Geräteschrott gelangen Schadstoffe in die Beseitigungsanlagen für Hausmüll, für die diese Anlagen nicht ausgelegt sind.
Aufgrund der raschen technischen Fortentwicklung elektronischer Geräte und Baugruppen werden diese nach vergleichsweise kurzer Nutzungsdauer als Abfälle aus dem Wirtschaftsprozess ausgeschleust. Dadurch gelangen auch die in den Geräten verwendeten mikroelektronischen Bauelemente und die darin enthaltenen Problemstoffe in die Abfallströme.
Eine wirtschaftliche Aufarbeitung und teilweise Weiterverwendung von Teilen von EIektro- und Elektronik-Altgeräten ermöglicht nicht nur eine Entlastung der zur Zeit hoffnungslos überfüllten Deponien, sondern treibt auch langfristig gesehen die nachhaltige Produktentwicklung voran.

Demontage – aktueller Stand der Entwicklung
Der erste und wichtigste Schritt bei der Aufarbeitung von Altgeräten ist die Demontage, entweder durch Demontage von Baugruppen und Bauteilen, durch das Shreddern des gesamten Gerätes oder durch eine Kombination von beiden. Da der Ausbau z. B. bei der Komponenten-Wiederverwendung sehr schonend erfolgen muss, werden die Bauteile heute praktisch ausschließlich manuell gewonnen. Aufgrund des enormen Ausmaßes an zu wiederverwertenden Produkten muss dieser Arbeitsschritt jedoch weitestgehend automatisiert werden. Hohe Flexibilität sowie geringe Kosten der verwendeten Demontageanlagen sind dafür eine Grundvoraussetzung. Der zu erzielende Automatisierungsgrad entwickelt sich zu einem zentralen Produktivitätsfaktor und wird so zu einer neuen Herausforderung für die Automatisierungstechnik. Die beiden Hauptziele für die Entwicklung von (teil-)automatisierten Demontageanlagen sind die Reduktion der Kosten und die Gewährleistung einer sicheren, „humanen“ Arbeitsumgebung in Demontageanlagen.
Gerade in den Bereichen Automatisierungstechnik und Robotik konnten in den letzten Jahren beträchtliche Fortschritte erzielt werden. Allerdings stand dabei das Problem der „Montage“ im Vordergrund. Im Bereich der „Demontage“ hingegen beschränkt sich die Anwendung dieser Techniken auf einige Pilot-Anlagen für ausgewählte Elektro- und Elektronik-Altgeräte bzw. deren Teile. Ein wirtschaftlicher Betrieb solcher, im allgemeinen starr automatisierter Zellen erscheint jedoch auf Grund der hohen benötigten Stückzahlen in absehbarer Zukunft nicht möglich.

Flexible Demontagezellen
Modularer Aufbau, hohe Flexibilität, geringe Kosten sowie der massive Einsatz von Sensortechnologie – insbesondere Bildverarbeitungssysteme – sind unabdingbare Voraussetzungen für einen erfolgreichen Einsatz roboterunterstützter Demontageein- richtungen. Bild 2 zeigt die Komponenten einer modularen, flexiblen Demontagezelle und deren Hauptbestandteile. Der Auswahl und Kombination geeigneter Komponenten kommt dabei große Bedeutung zu. Der Entwurf einer Demontagezelle kann in folgende Teilfragen gegliedert werden:
• Analyse: Welche Bauteile sind für den nachgeschalteten Recyclingprozess von besonderer Wichtigkeit?
• Bestimmung der notwendigen Demontageschritte zum Ausbau der gewünschten Bauteile: Soll der Ausbau manuell oder automatisiert erfolgen?
• Wahl der benötigten Werkzeuge (beginnend mit der „einfachsten“ Demontageoperation).
Einige Komponenten für eine Demontageanlage stehen bereits – resultierend aus den Bemühungen zur automatisierten Montage – zur Verfügung. Weiters muss folgenden Fragestellungen besonderes Augenmerk gewidmet werden:
• Konzept für sensorgeführte Demontageroboter,
• Bewertung notwendiger Werkzeuge und Greifeinrichtungen,
• Konzept für ein flexibles, modulares Greifersystem für Demontageaufgaben,
• Einsatz von Methoden aus der künstlichen Intelligenz für die Zellsteuerung
(Sicherstellung von minimalen Softwarekosten und Rechenaufwand),
• Bewertung von verfügbaren Bildverarbeitungssystemen hinsichtlich möglicher Schnittstellen zur Roboter- und Zellsteuerung,
• Vor-Auswahl von Bauteilen,
• Eignung für Messaufgaben und
• Aufwandabschätzung für die Adaptierung von Bildverarbeitungssystemen an die geforderten Eigenschaften.
Autor: Dr. Bernd Kopacek

Dr. Bernd Kopacek
Kompetenzzentrum für Elektonikschrott-
Recycling und nachhaltige Produktentwicklung
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Bildtexte:
Bild 1: „Geschlossener Lebenszyklus“ im Elektronikschrott-Recycling.
Bild 2: Komponenten einer modularen, flexiblen Demontagezelle.

bernd.kopacek@ihrtnt.ihrt.tuwien.ac.at