Goldkörner aus dem Müll holen
Wie man kleinste Metallpartikel aus Schrott und Abwässern herausholt
Beim Goldwaschen in den Flüssen Neuseelands – dort ein beliebtes Hobby – dachte Andreas Hauser darüber nach, wie man die Tätigkeit beschleunigen könnte, der Ausflügler oft nur mithilfe eines einfachen Plastiktellers nachgehen. Der Physiker, der die Phase des Postdocs in Neuseeland verbrachte, entwarf gleich einen einfachen Prototyp, der elektromagnetische Induktion nutzt, um Goldkörner vom Sand zu trennen. Heute, Jahre später, leitet Hauser eine Forschungsgruppe am Institut für Experimentalphysik der TU Graz. Seine Idee zur Abtrennung von leitfähigen Metallen hat er mit seinem Kollegen Markus Koch und unterstützt von der Förderbank AWS weiterentwickelt und patentiert.
Die Anwendbarkeit seiner Erfindung sei vielseitig, sagt Hauser. "Natürlich kommt der Bergbau infrage, aber auch Kläranlagen, Recyclingbetriebe für Elektroschrott, Müllverbrennungsanlagen – überall dort, wo man kleine Nichteisenmetallteile aus Flüssigkeiten oder kleinteiligen Feststoffen herausholen möchte." Das physikalische Prinzip – starke, rotierende Magnete erzeugen Ströme und Magnetfelder mit umgekehrter Polarisation in den leitfähigen Partikeln, sodass sie aus ihrer ursprünglichen Bewegungsbahn geworfen werden – wird bereits in der Müllabscheidung verwendet, allerdings nur für erheblich größere Metallteile. Im Submillimeterbereich war es bisher kaum möglich. Bei Hausers Methode rotieren die Magnete um einen stehenden Zylinder, durch den eine Reihe schmaler Kanäle führt. Sie weisen nahe der Magnete Öffnungen auf, durch die die abgelenkten Metallpartikel durchschlüpfen und so separiert werden. Beim Recycling in der Elektronikindustrie könnten damit etwa deutlich mehr kleinste Elemente von Kupfer, Alu, Gold oder Silber aus den Müllströmen herausgeholt werden. (Alois Pumhösel)
Verpackung aus Wasserpflanzen
Eine urbane Bioraffinerie könnte eine Reihe von Produkten hervorbringen
Die Idee kam Armin Winter beim Schwimmen. Der Materialwissenschafter vom Institut für Holztechnologie und nachwachsende Rohstoffe an der Wiener Universität für Bodenkultur bemerkte beim Baden in der Alten Donau die bekanntermaßen jedes Jahr immer mehr wuchernden Wasserpflanzen. Winter pflückte kurzerhand ein paar davon, packte sie in einen Sack und verfrachtete sie mit den Öffis ins Institut, um sie genauer unter die Lupe zu nehmen. Gemeinsam mit Marco Beaumont vom Institut für Chemie nachwachsender Rohstoffe überlegte er, wie sich die Pflanzen der Art Myriophyllum spicatum, von denen jedes Jahr mehrere Tausend Tonnen abgemäht werden, möglicherweise noch besser nutzen ließen als bloß für den Kompost.
"Die Pflanzen haben einen hohen Zelluloseanteil und enthalten viele wertvolle Bestandteile", sagt Beaumont. In dem Projekt, für das die Forscher einen Energy Globe Niederösterreich erhielten, wurden bereits abbaubare Einwegverpackungen hergestellt – selbstverständlich ohne den Einsatz von Chemikalien. In einem nächsten Schritt soll ein urbanes Bioraffineriekonzept entstehen, um die sehr schnell nachwachsende Rohstoffquelle bis in die letzte Faser zu nutzen. Die Wasserpflanzen enthalten schließlich Proteine, die für Tierfutter verwendet werden können, und Polysaccharide, die der Herstellung von Biokunststoffen dienen könnten. Aus den Nebenprodukten der Verpackungsproduktion könnte Dünger entstehen. Zudem kann aus den Pflanzenresten Biogas produziert werden. "All diese Produkte könnten stadtnah und dezentral hergestellt werden, ohne lange Transportwege", sagt Beaumont. Noch forschen die Wissenschafter komplett aus Leidenschaft an dem Projekt – für die weitere Umsetzung werden nun Kooperationspartner gesucht. (Karin Krichmayr)
Werkzeuge fürs Plastikrecycling
Ein Start-up baut einfache Tools für die Kunststoffverarbeitung
Eine Kreislaufwirtschaft aufzubauen bedeutet, ein ganzes Wirtschaftssystem zu ändern: Man braucht gesetzliche Regelungen, neue Geschäftsmodelle und den Willen der Konsumenten. Allein kann man kaum etwas erreichen. Oder etwa doch? Denn folgt man Raphaela Egger, Sören Lex, Boris Rauter und Florian Mikl, die sich im Start-up Doing Circular zusammenfanden, kann man Plastikmüll auch ganz ohne große industrielle Prozesse wiederverwerten.
Das vom Technologieinkubator Accent des Landes Niederösterreich unterstützte Start-up baut einfach gehaltene Maschinen, die ohne großen Einschulungsaufwand Kunststoffabfall zu Granulat zerreiben und in neue Formen gießen lassen. Anwendung finden die Maschinen vor allem in Ländern des Globalen Südens, wo eine flächendeckende Müllsammlung oft fehlt. Die Idee entstand in Uganda, wo Mitgründer Sören Lex bei einer Reise das Plastikmüllproblem auffiel.
Aus alten Flaschen oder Folien werden damit Lineale, Elektroinstallationsmaterial, Prothesen, Virenschutzmasken und Regenrinnen. Künftig soll auch die Fertigung größerer Strukturen wie Tischplatten möglich werden. Die Maschinen selbst müssen kompakt und leicht gehalten bleiben – schon allein wegen der Lieferung in infrastrukturschwache Regionen. Mittlerweile wurden dutzende Maschinen in zig Länder verschickt. Vergangenes Jahr wurde ihre Idee zudem von der UN-Entwicklungsorganisation Unido im globalen Bewerb "Innovative Ideas and Technologies vs. Covid-19 and beyond" ausgezeichnet. Viele Kunden sind NGOs, die in "ihren" Ländern das Müllsammeln organisieren oder Ecotourismus-Projekte betreiben. Die Maschine soll Kleinunternehmern, die die gefertigten Produkte verkaufen, zudem eine bessere wirtschaftliche Perspektive geben. (Alois Pumhösel)
Heilendes Holz
Bäume könnten als Nebenprodukt medizinische Wirkstoffe liefern
Holz eignet sich nicht nur zum Verheizen und Bauen, sondern könnte auch in Naturkosmetik und Medizin völlig neue Anwendungen finden. Im Projekt BiomassCircle loten Forschende der Fachhochschule Salzburg Reichweite und Grenzen einer solchen Nutzung aus. Dafür extrahieren sie Inhaltsstoffe aus verschiedenen Baumarten, klassifizieren diese im Labor und untersuchen anschließend ihre biologische Eignung als antimikrobielle Mittel. Dabei soll beispielsweise herausgefunden werden, ob die Extrakte als Entzündungshemmer oder zur verbesserten Wundheilung infrage kommen. Parallel dazu wird erforscht, ob sie sich dazu eignen, die Haltbarkeit naturkosmetischer Salben und Cremes zu erhöhen.
Ein weiteres großes Ziel des Projekts, in dem Holztechnologen mit biomedizinischen Analytikerinnen zusammenarbeiten, ist eine Bewertung der ökologischen und wirtschaftlichen Potenziale dieser Form von Holznutzung. "In der Bioökonomie spielt die thermische Verwertung von Biomasse heute eine sehr große Rolle", sagt Co-Projektleiter Thomas Schnabel. "Dabei verliert man aber alle Inhaltsstoffe, die man zuvor vielleicht anders nutzen könnte." Deshalb untersuchen die Salzburger, ob neue Wertschöpfungsketten im Sinne der Kreislaufwirtschaft realistisch sind. Eine theoretische Möglichkeit wäre es, die gewünschten Inhaltsstoffe noch vor der Verarbeitung oder Verbrennung von Holz zu extrahieren. Eine andere, Neben- und Abfallprodukte der Sägeindustrie zu nutzen.
In jedem Fall müssten Forstbetriebe und Holzverarbeiter miteingebunden werden. "Man muss eine gesamtheitliche Bewertung anstellen, die auch ökologische Aspekte beinhaltet, sonst wird sich das nicht durchsetzen", ist Schnabel überzeugt. (Raimund Lang)
Die KI ermittelt im Dreck
Künstliche Intelligenz soll bei der Müllsortierung helfen
Aus den Augen, aus dem Sinn: Wenn unser Müll abgeholt wurde, interessiert es uns kaum mehr, was wir im Detail weggeschmissen haben. Für die Abfallaufbereitung dagegen fängt die Ermittlungsarbeit dann erst richtig an: Der Mist muss sortiert werden, damit von den einzelnen Bestandteilen möglichst viele dem richtigen Recyclingprozess zugeführt werden können. Jedoch spulen die Sortiermaschinen dabei immer das gleiche Programm ab und können auf veränderte Abfallzusammensetzungen, die sich etwa saisonal ergeben, nicht effizient reagieren. Das möchte "KI-Waste" ändern: In dieser Studie arbeitet man daran, mithilfe von künstlicher Intelligenz die Zusammensetzung des Mülls auf dem Förderband zu analysieren, um Recyclingprozesse zu verbessern.
Beteiligt an dem Projekt sind das von Klimaschutz- und Wirtschaftsministerium geförderte Kompetenzzentrum Know Center und das Institut für Maschinelles Sehen und Darstellen an der TU Graz sowie Joanneum Research und das Unternehmen Komptech. "Anhand der Zusammensetzung der Materialströme und der Maschinendaten lassen sich ganzheitlich Optimierungsmöglichkeiten identifizieren, wodurch die Anlagen besser eingestellt werden können", sagt Projektleiter Heimo Gursch vom Know Center. Der Recyclinganteil soll dadurch um zehn Prozent steigen. Dazu erfassen zum einen Multispektralkameras den Abfallstrom, zum anderen werden Anlagenparameter analysiert, um noch genauer zu ermitteln, was sich alles auf dem Förderband befindet. Diese Datenanalyse soll die Basis bilden für die spätere Entwicklung zukünftiger Recyclingtechnologien. Bis dahin ist aber noch manche Hürde zu nehmen: So fragen sich die Forscher, wie man verhindert, dass die Kameralinsen während des Arbeitsprozesses verdrecken: Abfallverarbeitung ist schließlich eine schmutzige Angelegenheit. (Johannes Lau)
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Der große Windelabbau
Enzyme könnten dabei helfen, Babywindeln wiederzuverwerten
Mehr als 20 Milliarden Einwegwindeln werden pro Jahr in der EU verbraucht. Ein kleiner Teil davon geht auf das Konto des Nachwuchses von Sara Vecchiato, die am Institut für Umweltbiotechnologie der Wiener Boku sowie am Austrian Centre of Industrial Biotechnology (Acib), einem von Wirtschafts- und Klimaschutzministerium geförderten Kompetenzzentrum in Tulln, arbeitet: "2018 war ich in Karenz und sah, wie viele Windeln das Baby brauchte. An guten Tagen benötigten wir fünf, an anderen war es das Doppelte", erinnert sich die Italienerin. Die Forscherin beschäftigt sich mit der Frage, wie enzymatische Zerlegungen nach dem Vorbild der Natur auch für eine Kreislaufwirtschaft nutzbar gemacht werden können. Angesichts der Windelberge hatte sie die Idee, zu untersuchen, ob diese Methoden auch auf deren Inhaltsstoffe anzuwenden sind.
Enzyme kümmern sich in der Natur um verschiedenste Stoffwechselprozesse, sie werden heute aber auch in der Industrie angewendet. Auch bei der Nutzung von Enzymen zum Plastikabbau gibt es bereits Erfolgsmeldungen. Ihre Wirkung ist allerdings sehr spezifisch für jeweils eine Materialvariante. Die Windeln, die vor der Wiederverwertung gereinigt – die Biomasse könnte in Biogasanlagen zu Methan verarbeitet werden – und zerkleinert werden müssen, beinhalten grundsätzlich drei Materialfraktionen: Da sind Kunststoffe wie Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP), saugfähige Cellulosefasern sowie superabsorbierende Polymere (SAP), die ein Vielfaches ihres Eigengewichts an Flüssigkeit aufnehmen können. Gerade bei Cellulose ist der enzymatische Abbau zu Glukose, die in Ethanol verwandelt werden kann, bereits gut erprobt. Das Endprodukt lässt sich dann als Industriechemikalie oder Treibstoff einsetzen. Gelingt auch die Zerlegung der Kunststoffanteile, könnten aus den Materialien letztendlich auch wieder neue Windeln werden. (Alois Pumhösel, 20.6.2021)