Poster - BundesUmweltWettbewerb

BUW I
Nicht immer bloß wegschmeißen! – Wir
recyceln Altelektronik und untersuchen
mögliche Alternativen
Tino Beste (16)
Arian Bäumer (16)
Tom Bösing (16)
Pascal-Gymnasium
Münster
BundesUmweltWettbewerb 2014/2015
Problem
Eine große Herausforderung ist die Entsorgung von Elektroschrott: oft wird dieser extrem
kostengünstig illegal in Entwicklungsländer exportiert und zu einem großen Teil dort verbrannt.
Dies stellt ein großes Umweltproblem dar, da bei der Verbrennung z.B. Schwermetalldämpfe sowie
Dioxine und Furane entstehen, welche u.a. den Treibhauseffekt verstärken und Smog
verursachen, aber auch eine große Gesundheitsbelastung darstellen. Zusätzlich ist die starke
Boden- und folglich Grundwasserverschmutzung problematisch. Auch das „legale“ Recycling in
Deutschland verläuft eher suboptimal, da Elektroschrott extrem energieaufwändig in Hochöfen
verarbeitet wird, und zudem wieder toxische Überreste und Gase entstehen und auch hier ein
großer Teil einfach verbrannt wird, da es für viele Stoffe noch keine geeigneten Recyclingmethoden
gibt. Daher haben wir uns intensiv damit befasst, wie man alte Elektronik umweltfreundlicher und
zugleich relativ kostengünstig chemisch recyceln kann.
„Recycling“ in Entwicklungsländern
Projektablauf/ Arbeitsschritte
Zuerst zerlegten wir einen Computer, stellvertretend für Elektronik aller Art, in seine Einzelteile und
untersuchten diese selbständig mithilfe von chemischen Nachweisreaktionen sowie an der Universität
Münster mithilfe der µ-Röntgenfluoreszenzalanyse.
Dabei fanden wir hauptsächlich folgendes:
• Gold ist als dünne Schicht auf Kupfer und Nickel an vielen Kontaktstellen aufgetragen
• Silber sowie Palladium finden sich als kleine Folien in kleinen Mehrschichtfolienkondensatoren
(MLCCs); Hülle aus Titan
• Palladium auch im Kern von Elektrolytkondensatoren, der Rest Aluminium
• Dünne Kupferschicht auf dem Kunststoff der gesamten Platine
Menge an E-Schrott pro Kopf
Goldgewinnung
• Gold sitzt als dünne Schicht auf
vorwiegend Kupfer und Nickel
• Idee: Kupfer/Nickel-Kern durch
Säure auflösen
• Gold am Ende der elektrochemischen Spannungsreihe
 besonders edel, wird durch
die Säure nicht aufgelöst
bleibt über
• Benutzen von Salzsäure
 recht ungefährlich, keine
sssgiftigen Nebenprodukte
• Kupfer ebenfalls für Salzsäure allein
zu edel  Wasserstoffperoxid als
Oxidationsmittel
• Kupfer/Nickel lösen sich in der Säure
 Gold blättert in kleinen
Flitterchen ab
• hohe Reinheit des Goldes da alle
Verunreinigungen durch Säure
aufgelöst
Danach versuchten wir, eigene Methoden zu entwickeln, um diese Stoffe möglichst umweltfreundlich
und kostengünstig zu extrahieren und die Bauteile zu recyceln und experimentierten dabei mit
verschiedenen Säuren, Lösungsmitteln und Fällungsmitteln. Unten sehen sie unsere Ergebnisse,
sprich unsere eigenen Methoden.
Pd/Ag-Gewinnung
Recycling Platine
• Idee: Hülle auflösen, um an Folien zu gelangen
• Pd/Ag-Folien  zu edel, werden nicht aufgelöst
• Titanhülle kann durch 90-minütiges Bad
in kochender Salzsäure aufgelöst werden
 Übrig bleiben kleine Folien
• Folien werden abfiltriert
• Bestehen zu jeweils 50% aus Silber
bzw. Palladium
Nebenprodukte
• Bei Goldgewinnung bleibt Nickel/Kupfer-Lösung übrig
• Rückgewinnung: Nickel und Kupfer werden in Form von
Kupfer- bzw. Nickelhydroxid mit Natronlauge ausgefällt
 trennen sich im Filterpapier chromatographisch auf
• Kupferhydroxid wird u.a. in der Landwirtschaft als
Pflanzenschutzmittel (Fungizid) zum Beispiel beim
Obstanbau verwendet
• Nickelhydroxid kann direkt im Bereich der Elektrotechnik
weiterverwendet werden, da es zum Galvanisieren
benutzt wird und Hauptbestandteil von Akkumulatoren ist  Kreislauf entsteht
• Idee: Recycling ähnlich wie beim Gold
Trennung durch Auflösen der unteren Schicht
• Besteht aus Kern von glasfaserverstärktem
Epoxidharz, darüber dünne Kupferschicht und
schließlich thermoplastische Schutzschicht
• Auflösen des Epoxidharzkerns bei 300° C in
Ethylenglykol
• Übrig bleibt Glasfaser
mit Kupferschicht;
Schutzschicht blättert
ab
• Schließlich Abfiltration
der Schutzschicht
• Elektrochemische
Trennung von
Glasfaser und Kupferschicht
• Schutzschicht kann direkt neu eingeschmolzen und
wiederverwendet werden, da Thermoplast
• Glasfaser kann zermahlen und als Ersatzstoff bei
der Zementherstellung genutzt werden
• Epoxidharz kann mit Natronlauge als Polymerpulver ausgefällt und mithilfe von Maleinsäureanhydrid zu einer neuen Kunststoffplatte verarbeitet
werden
Ergebnisse
Tatsächlich ist es mit unseren eigenen Methoden sehr gut möglich, vergleichsweise umweltfreundlich viele Elemente und Stoffe wiederzugewinnen. Alle von uns eingesetzten
Chemikalien sind dazu noch unbedenklich und können wiederverwendet werden. Des Weiteren entstehen keine gefährlichen Dämpfe und Abfallprodukte. Zwar sind die Kosten
logischerweise höher als bei den bislang üblichen Methoden, allerdings lohnt es sich beim Gold nach unseren Rechnungen jetzt schon und aufgrund des steigenden Preises in ein
paar Jahren auch bei den anderen Stoffen und die Methoden sind deutlich verträglicher für Umwelt sowie Leib und Seele und daher langfristig besser. Daher werden wir dieses
Projekt auf jeden Fall weiterführen, um schließlich einen gesamten Computer nach eigenen Methoden umweltfreundlich recyceln zu können und danach unsere Forschungen auch
auf andere Elektronikgerate wie etwa Smartphones auszuweiten und als letztes unsere Methoden zu industrialisieren.
Dieses Poster ist ein Beitrag zur Jurytagung des BundesUmweltwettbewerbs 2014/2015.
Bildunterschrift
Der BundesUmweltWettbewerb wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert und vom IPN in Kiel koordiniert.
Kontakt zum BundesUmweltWettbewerb
Geschäftsstelle des BUW
IPN - Leibniz-Institut für die Pädagogik der
Naturwissenschaften und Mathematik
an der Universität Kiel
Olshausenstr. 62
24118 Kiel
Tel.: 0431/549700
Fax: 0431/8803142
Email: [email protected]
Internet: www.bundesumweltwettbewerb.de

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