LEDs wirtschaftlich recyceln

In modernen Leuchtmitteln sind unterschiedliche Materialien verbaut: Glas oder Kunststoff im Gehäuse, Keramik oder Aluminium im Kühlkörper, Kupfer in Widerständen oder Kabeln – und das Wertvollste im Innern der Leuchtdioden, kurz LEDs (engl. light emitting diodes): Indium und Gallium in der Halbleiterdiode und Seltene Erden wie Europium oder Terbium im Leuchtstoff.

Die Dioden herzustellen ist deswegen vergleichsweise teuer, die Margen sind gering. »Schon jetzt fallen bei den Recyclern erste LED-Produkte an, die derzeit nur gelagert werden und für die es keinen geeigneten Recyclingprozess gibt. Ziel ist es vor allem, die wertvollen Materialien zurückzugewinnen. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis die Verwerter auf das LED-Recycling umsteigen müssen«, sagt Jörg Zimmermann aus der Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS in Alzenau und Hanau des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC.

Komponenten mit Hilfe von Druckwellen ablösen

Mit Hilfe der »elektrohydraulischen Zerkleinerung« zerlegen die Forscher die LED-Leuchtmittel in ihre Einzelteile, ohne dabei die LEDs selbst zu zerstören. Druckwellen elektrischer Impulse lösen in einem Wasserbad die einzelnen Komponenten mechanisch exakt an ihren Sollbruchstellen ab.

Die Bauteile können separat wiederverwertet werden. Ihren Versuchsaufbau haben die Forscher für Retrofit-Leuchtmittel angepasst. Sie ähneln in ihrem Aussehen der klassischen Glühbirne oder Leuchtstoffröhre und können genau wie diese in handelsübliche Lampenfassungen geschraubt werden.

»Die Methode funktioniert jedoch prinzipiell auch bei anderen Größen – zum Beispiel für LEDs aus Fernsehern und Autoscheinwerfern oder für andere elektronische Bauteile«, erklärt der Experte.

Die Bauteile sauber und rein zu trennen, ist Voraussetzung dafür, den Recyclingprozess wirtschaftlich zu gestalten. »Um alle Komponenten eines LED-basierten Leuchtmittels effizient zu separieren und wiederzuverwerten, bedarf es eines völlig anderen Zerkleinerungskonzepts, welches zu größeren Mengen an Halbleiter- und Leuchtstoff-Komponenten führt«, so Zimmermann.

Würde man den Retrofit als Ganzes zerkleinern, wäre es um ein Vielfaches schwerer, die unterschiedlichen Stoffe in der klein gemahlenen Mischung zu sortieren. Durch das Auftrennen in die einzelnen Komponenten lassen sich auch größere Mengen der in ihnen enthaltenen Stoffe leichter zurückgewinnen:

Dies gelingt, indem man viele ähnliche Komponenten sammelt, in denen die Konzentration einzelner Stoffe bereits höher ist. »Für Recycler und Hersteller lohnt sich das Wiederverwerten nur, wenn sie größere Mengen verwerten«, beschreibt Zimmermann.

»Wir testen noch, ob man das Zerkleinern zukünftig so oft wiederholen kann, bis man die gewünschten Stoffe separiert hat«, betont Zimmermann. Die Forscher können die Parameter des Versuchaufbaus so einstellen – zum Beispiel die Art und Menge des flüssigen Mediums, Behältergröße, Spannung, die den elektrischen Impuls erzeugt –, dass genau an den Sollbruchstellen getrennt wird. »Insbesondere die Anzahl der Pulse bestimmt, in welcher Weise die Bauteile separiert werden«, sagt der Wissenschaftler.

Die elektrohydraulische Zerkleinerung soll nun im Detail weiter analysiert, verbessert und für weitere Anwendungen ausgeweitet werden. »Mit unserer Forschungsarbeit haben wir gezeigt, dass das mechanische Trennen ein möglicher Weg ist, um zum wirtschaftlichen Recycling von LEDs beizutragen«, so Zimmermann.