CD-Rec – Recycling von CD (CD-Rec - Recycling von CDs/DVDs mittels Hochspannungsfragmentierung)

• Unité de recherche: OFEV
• Numéro de projet: UTF 693.13.22

Mots-clé (Allemand)

Recycling, CDs und DVDs, Polycarbonat, Hochspannungsfragmentierung (HVF).

Description succincte (Allemand)

Schätzungen zufolge werden in der Schweiz jährlich etwa 20 Millionen CDs und DVDs ausgemustert. Der Rohstoffwert einer CD entspricht 30 Gramm Erdöl, so dass bei vollständigem Recycling knapp 8.000 Barrel Rohöl jährlich eingespart werden könnten. Mit der Wiederverwertung des Polycarbonats aus alten CD/DVD-Datenträgern kann primäres Polycarbonat substituiert werden. In der Schweiz gibt es keine CD bzw. DVD Recycling-Anlagen. Grössere Abfallmengen werden nach Deutschland oder China exportiert. Dort werden sie zu Polycarbonat-Regranulat verarbeitet und wieder in der Industrie eingesetzt.

Die FHNW hat 2021 die Technologie der Hochspannungsfragmentierung (HVF) im Labor eingesetzt, um Polycarbonat aus alten CD/DVD-Datenträgern schnell zu dissoziieren und zurückzugewinnen. Die Vorstudie war erfolgreich und hat gezeigt, dass mit der HVF-Technologie sauberes Polycarbonat zu tiefen Verarbeitungskosten gewonnen werden kann. Die Vorstudie liess einige wichtige Fragen unbeantwortet, weil Versuche nur im kleinen Massstab von Mengen <1 kg und im Batch-Betrieb durchgeführt werden konnten. So konnte z. B. nicht herausgefunden werden, wie sich die Veränderung der Generatorparameter wie Pulsrate, die Variation der Aufbereitungsenergie und des Elektrodenabstandes auf die Materialtrennungs-effizienz auswirkt. Fraglich bleibt zudem der mögliche Betriebsmodus. Weiterführende Tests sind notwendig, um zu überprüfen, ob die effiziente Bearbeitung im kontinuierlichen oder Batch-Betrieb erreicht werden kann. Darüber hinaus fehlen realistische Projektionen zu möglichen Durchsatzraten eines industriellen Betriebes, wenn relevante Mengen von CD/DVD-Datenträger gleichzeitig behandelt werden. Diese und weitere Fragen sind entscheidend, um die technische und wirtschaftliche Machbarkeit der neuen Recyclinganwendung zu bewerten und die Folge-investitionen beim Bau einer grosstechnischen und wirtschaftlich rentablen Recyclinganlage für CD/DVD-Datenträger in der Schweiz zu ermitteln. Um dies zu überprüfen sind Tests im indus-triellen Massstab an bestehenden Pilotanlagen von SELFRAG der nächste Schritt, um die Daten der Vorstudie zu überprüfen und auszubauen. Die vollständige Industrialisierung der Anwendung mit der Entwicklung einer angepassten Prozesszone, der geeigneten Peripherie werden bei Erfolg in einem Folge-Projekt realisiert.

Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 24.05.2022 genehmigt.

Résultats selon le contrat (Allemand)

1. Die für die Durchführung des Projekts benötigte Menge an CD/DVD-Datenträger von mindestens 100 kg ist vom Universitätsspital Genf und Gemeindeverband SIGE beschafft.
   Meilenstein 1: Die erforderliche Menge CD/DVD-Datenträger ist beschafft.
   
   
2. Die CD/DVD-Datenträger werden mit einer bestehenden Selfrag HVF-Anlage in Kerzers behandelt. Dabei werden Generatorbedingungen und Betriebsmodi variiert, um einen maximalen Durchsatz bei optimaler Ausbeute zu ermöglichen. Als erster Ansatz zur Bewertung der Produkte werden die Freisetzung des Polycarbonates als Qualität der Bearbeitung und die erreichte Körnung bewertet. Qualitätsanforderungen werden mit möglichen Kunden vorab als Ziel der Bearbeitung definiert. Zudem wird, aufgrund der Qualität des Rezyklats, das theoretische Potenzial der Wertstoffe beim möglichen Ersatz von primären Materialien ermittelt.
   Meilenstein 2: Alle CD/DVD-Datenträger wurden behandelt
   
   
3. Abschliessende Beurteilungen zur Eignung der HVF-Technologie für das Recycling von CD/DVD-Datenträger im industriellen Massstab, zur Rückgewinnbarkeit der verschiedenen Fraktionen, zum Potenzial der Technologie für einen grossindustriellen Einsatz sowie zu Prozessverbesserungen und strategischen Stossrichtungen bei einem Scale-up in den industriellen Massstab sind durchgeführt.
   Meilenstein 3: Die Daten sind ausgewertet und der Schlussbericht wurde verfasst
   
   
4. Recyclingunternehmen und Abnehmer für die Produkte aus der Verwertung von CDs/DVDs mittels HVF-Technologie sind ermittelt, insbesondere für die Polycarbonat-Fraktion.
   Meilenstein 4: Das Produkt aus der neuen Recyclingtechnologie wird bei mindestens einem Recyclingunternehmen und einem Polycarbonat-Abnehmer vorgestellt.
   
   
5. Ein Schlussbericht mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 4 und dem weiteren Vorgehen ist redigiert und dem BAFU abgegeben.
   
   
6. Textbausteine, Illustrationen und mindestens 3 Fotografien
   (genauere Angaben siehe Seite 11 Beilage 2) für die Verwendung in öffentlichen Publikationen sind bereitgestellt und dem BAFU abgegeben.
   
   
7. Eine Präsentation der Ergebnisse mit entsprechender Power-Point Darstellung wird am Schluss des Projektes für interessierte Personen aus dem BAFU durchgeführt.

Objectifs du projet (Allemand)

Die optimalen Betriebsparameter (Generator-Einstellungen, spezifischer Energie Aufwand) der HVF-Anlage sind für die Rückgewinnung von Polycarbonat aus CDs/DVDs in einem industriellen Massstab, ermittelt. Betriebsmodi (kontinuierlich oder batch) werden durch die optimale Zudosierung der zu rezyklierenden CDs/DVDs, bezüglich Schüttdichte, Aufgabendruck im offenen oder geschlossenen Kreislauf sowie die erreichte Zerkleinerung ermittelt. Durchsatz, sowie Hinweise zur benötigten Peripherie (Entwässerung, Wasseraufbereitung und Verbrauch) sind abgeschätzt. Grundlegende Parameter für ein Pflichtenheft zur Entwicklung einer industriellen Anlage werden dargelegt.

Description des résultats (Allemand)

Die Studie hat die Eignung der Hochspannungsfragmentierung als Technologie für die Behandlung von CDs und DVDs für eine stoffliche Verwertung des Polycarbonats untersucht. Als relevanteste Erkenntnis aus den Versuchen ist die teilweise erfolgreiche Trennung des Polycarbonats von der Aluminium- und Farbschicht, welche bei einem CD-Typ durchgeführt werden konnte. Eine Separierung konnte schon bei einer Spannung von 100 kV erreicht werden.

 

Die Behandlung der verschiedenen CDs und DVDs hat gezeigt, dass diese unterschiedlichen Effizienzen aufweisen. Am aussichtsreichsten schneiden CDs ab, welche aus Polycarbonat, einer Metallschicht und einer Papierschicht bestehen. Bei diesem CD-Typ konnte die Separierung mit einer hohen Effizienz (>90%) durchgeführt werden. Bei CDs, welche eine Lackschicht besitzen, war die Separierung weniger effizient (<80%), auch bei mehreren Durchgängen. DVDs, welche aus zwei Polycarbonatscheiben bestehen, wurden aufgespaltet, wobei eine der zwei Schichten frei von Metall- und Schutzschicht war.

Mise en oeuvre et application (Allemand)

Die Ergebnisse liefern Informationen zu den Hauptfaktoren, welche die Rückgewinnung von Polycarbonat aus CDs und DVDs mittels Hochspannungsfragmentierung durchgeführt wird. Wichtige Faktoren sind u. a.:

Rohling-Typ

Der Rohling-Typ und wie die Farbe appliziert wurde spielen eine entscheidende Rolle auf die Effizienz der Rückgewinnung. Die durchgeführten Versuche deuten darauf hin, dass das Polycarbonat von CDs mit einer Papieretikette am einfachsten zurückgewonnen werden kann. Die Effizienz nimmt bei lackierten CDs und bei DVDs ab.

Anordnung CDs

Ein elektrisches Feld entsteht zwischen gestapelten CDs während der Fragmentierung, wenn die Polarität der CDs optimal ist und deswegen sollen jeweils mindestens drei CDs behandelt werden.

Kosten

Wie erwartet, die Vergütung für das gewonnene Polycarbonat, der Durchsatz der zu bearbeitenden CDs und die Effizienz des Prozesses sind die relevantesten Faktoren für eine Bearbeitung bei Gewinnschwelle.

Wasserqualität

Die Effizienz der Fragmentierung ist erhöht mit destilliertem Wasser als Medium, im Vergleich zu Leitungswasser.

Die Ergebnisse erlauben zukünftigen Studien (welche notwendig sind) die Schlüsselelemente des Prozesses gezielt zu untersuchen und somit einen optimalen Prozessaufbau effizient zu erreichen.

Suivi (Allemand)

Die Hochspannungsfragmentierung bietet eine Alternative mit grossem Potential zur chemischen Behandlung von CDs und DVDs, um das Polycarbonat zurückzugewinnen. Die Ergebnisse der Studie zeigen, welche die Hauptfaktoren des Prozesses sind. Diese sollten jedoch vertieft analysiert werden, bevor ein Pilot-Projekt lanciert wird.

Aufgrund der Ergebnisse sind die wichtigsten offenen Fragen die Folgenden:

• Was ist die Menge und der Rohlingtyp der CDs und DVDs, welche jährlich entsorgt werden?
• Welche sind die notwendigen Vor- und Nachbehandlungsschritte für jeden Rohling-Typ?
• Können die Hochspannungsfragmentierung und die Bürsten-Technologie kombiniert werden, um den Verwertungsgrad zu maximieren?
• Wie entwickeln sich die Kosten, wenn der Massstab grösser wird?