Warum saubere Materialtrennung über die Zukunft des Metall-Recyclings entscheidet
Im letzten #CEresearchNRW Seminars des Jahres 2025 stand ein Thema im Fokus, das auf den ersten Blick technisch wirkt, für die Circular Economy aber entscheidend ist. Im Mittelpunkt stand Kupfer als Störstoff im Stahlrecycling und die Frage, wie Kupfer- und Stahlströme so getrennt werden können, dass hochwertige Stoffkreisläufe erhalten bleiben.
Prof. Dr. Saulo H. Seabra Freitas da Rocha von der Hochschule Ruhr West zeigte in seinem Vortrag eindrücklich, warum genau hier eine zentrale Herausforderung für eine klimaverträgliche und zugleich wirtschaftlich tragfähige Transformation liegt.
Einordnung: CirPEL und der Schwerpunkt Metalle
Der Beitrag war im Kontext des EFRE geförderten Verbundprojekts Circular Performer Emscher-Lippe, kurz CirPEL, verortet. CirPEL bringt Akteure aus Wissenschaft, Wirtschaft und regionaler Entwicklung zusammen und verknüpft Forschungsarbeit mit konkreten Umsetzungsfragen entlang regionaler Wertschöpfungsketten. Zu den Partnern gehören unter anderem die Westfälische Hochschule, die Hochschule Ruhr West, der Prosperkolleg e. V. und der Wissenschaftspark Gelsenkirchen. Ergänzt wird das Verbundnetzwerk durch regionale Akteure aus Kammern und Wirtschaftsförderung, zu denen die Industrie und Handelskammer, die Handwerkskammer sowie die WiN Emscher Lippe GmbH zählt.
An der Hochschule Ruhr West sind mehrere Fachgruppen im Projekt verankert und werden dort fachlich geleitet. Dazu zählen Metalle, Bioökonomie sowie Querschnittsthemen wie Digitaler Produktpass und Indikatorik. Der Vortrag von Prof. Seabra ordnete sich klar in den Schwerpunkt Metalle ein und zeigte an einem konkreten Störstoffproblem, wie sehr Zirkularität in der Praxis von der Qualität der Materialströme abhängt und welche Bedeutung das für Ressourcenschonung und Klimabilanz hat.
Ein ungewöhnlicher Blick auf Zirkularität
Zum Einstieg stellte Prof. Seabra eine ungewohnte Perspektive auf das Periodensystem vor. Im Mittelpunkt standen nicht die Ordnungszahlen oder Elementgruppen, sondern eine farbliche Abstufung der von der EU erhobenen sogenannten Recycling Input Rate. Die Daten der Recycling Input Rate bemessen dabei vereinfacht gesagt wie viel Prozent der Elemente wie beispielsweise Kupfer aus einem Produkt, das in der EU erworben wird, zuvor in der EU aus dem Recycling gewonnen wurden.
Aus dieser Darstellung wurde deutlich, dass strategisch wichtige und kritische Rohstoffe in Neuprodukten bisher kaum aus dem Recycling gedeckt werden. Dazu zählen alle seltenen Erden und weitere für die Wirtschaft hochrelevante Rohstoffe wie beispielsweise Lithium. Kupfer und Eisen schneiden zwar besser ab, doch angesichts der weltweit weiter steigenden Nachfrage wird auch hier sichtbar, wie stark die industrielle Zukunft an funktionierenden Recyclingpfaden hängt.
Lineare Rohstoffgewinnung unter Druck
Im weiteren Verlauf zeigte der Vortrag, welche ökologischen und sozialen Risiken mit klassischem Bergbau verbunden sind. Dabei ging es sowohl um großflächige Umweltzerstörungen als auch um schwere Industrieunfälle. Genannt wurden unter anderem Dammbrüche wie Los Frailes im Jahr 1998 in Spanien und Brumadinho im Jahr 2019 in Brasilien.
Parallel dazu steigt die globale Stahlproduktion weiter an. Weltweit wird in der Größenordnung von rund zwei Milliarden Tonnen pro Jahr produziert, wobei der Schwerpunkt in Asien liegt. Europa spielt im globalen Vergleich nur noch eine deutlich kleinere Rolle. Gerade vor diesem Hintergrund wird verständlich, warum effiziente und hochwertige Recyclingrouten zunehmend an Bedeutung gewinnen.
Stahlherstellung: Zwei Produktionsrouten mit unterschiedlichen Emissionsprofilen
Für die Circular Economy ist besonders relevant, dass Stahl heute überwiegend über zwei Produktionsrouten hergestellt wird. In der Hochofen Konverter Route wird aus Eisenerz zunächst Roheisen erzeugt und anschließend zu Stahl weiterverarbeitet. Dafür werden große Mengen Energie und kohlenstoffhaltige Einsatzstoffe benötigt, weshalb diese Route mit hohen CO₂ Emissionen verbunden ist. Im Elektrolichtbogenofen wird Stahl dagegen überwiegend aus Stahlschrott hergestellt, der elektrisch aufgeschmolzen und anschließend zu neuen Produkten gegossen wird. Dadurch fallen die Emissionen in der Regel deutlich geringer aus. Das gilt besonders dann, wenn der dafür benötigte Strom zunehmend aus erneuerbaren Quellen stammt.
Je höher der Schrottanteil in der Produktion ist, desto stärker entscheiden Qualität und Reinheit des Schrotts darüber, ob die Klimavorteile tatsächlich realisiert werden und ob Stahl weiterhin für hochwertige Anwendungen geeignet bleibt. Genau deshalb wird der Elektrolichtbogenofen im Zuge der industriellen Dekarbonisierung zu einer Schlüsseltechnologie. Gleichzeitig entsteht hier jedoch ein Zielkonflikt, weil diese Route auf Schrott in hoher Qualität angewiesen ist. Diese Qualität wird wiederum durch Störstoffe begrenzt, wobei Kupfer eine besonders kritische Rolle spielt.
Das Problem: Kupfer im Stahlschrott
Mit wachsender Elektrifizierung steigt der Kupferanteil in vielen Produkten spürbar. Ein wesentlicher Treiber ist die Art, wie komplexe Produkte heute häufig verwertet werden. Elektrogeräte werden in vielen Prozessketten geschreddert, in Teilen gilt das auch für Altfahrzeuge. Beim Schreddern gelangen Kupferbestandteile aus Motoren, Wicklungen und Kabeln in die Stahlfraktion und lassen sich anschließend nur begrenzt wieder entfernen.
Zwar helfen magnetische Trennverfahren, doch sie reichen nicht aus, wenn Kupfer fest in Bauteilen gebunden ist oder als Eintrag an der Stahlfraktion verbleibt. Die Folge ist ein steigender Kupfergehalt im Stahlschrott. Metallurgisch ist das kritisch, weil Stahl auf Kupferverunreinigungen empfindlich reagiert. Bereits geringe Kupfergehalte können bei der Warmumformung zu Hot Shortness führen. Dabei entstehen oberflächennahe Risse, die hochwertige Anwendungen unmöglich machen oder stark einschränken. Entsprechend gelten in der EU sehr niedrige Grenzwerte für Kupfer in bestimmten Schrottsorten.
Für die Praxis hat das klare Konsequenzen. Schrotte müssen stärker sortiert und gezielt gemischt werden. In vielen Fällen wird die Schmelze zudem mit primären Einsatzstoffen verdünnt, um Grenzwerte einzuhalten. Damit sinken die Klimavorteile der schrottbasierten Route und die Circular Economy gerät unter Druck. Metallurgische Nachbehandlungen zur Kupferentfernung sind grundsätzlich möglich, werden jedoch häufig als energieintensiv beschrieben und gelten wirtschaftlich nur in Ausnahmefällen als tragfähig.
Warum Schreddern an Grenzen stößt
An dieser Stelle machte Prof. Seabra deutlich, dass die Herausforderung nicht erst am Ende der Prozesskette entsteht. Sie beginnt bereits bei der Art der Zerlegung. Am Beispiel eines Akkuschraubers wurde sichtbar, wie komplex moderne Produkte aufgebaut sind. Motor, Getriebe, Bohrfutter, Elektronik, Batterie, Magnete, Kabel und Kunststoffe bilden zahlreiche Materialfraktionen. Werden diese Bauteile zerstörend zerkleinert, vermischen sich die Fraktionen unkontrolliert und Qualität geht bereits in der ersten Stufe verloren.
Hinzu kommt, dass selbst scheinbar reine Stahlteile bereits Kupfer enthalten können, etwa durch fertigungstechnische oder funktionale Zusätze. Dadurch wird deutlich, dass das Problem nicht allein ein Recyclingproblem ist. Es hängt eng mit Produktdesign und Materialwahl zusammen und kann sich durch steigende Stückzahlen und zunehmende Elektrifizierung weiter verstärken.
Der Lösungsansatz: Intelligente robotische Demontage im CDEL
Im Circular Digital Economy Lab (CDEL) in Bottrop wird daher ein alternativer Ansatz verfolgt. Das Team von Prof. Seabra kombiniert verschiedene Technologien, um Materialfraktionen so sortenrein wie möglich zu separieren. In Kooperation mit dem Team von Prof. Handmann wird KI gestützte Objekterkennung eingesetzt. Ergänzend kommen 3D Erfassung mit LiDAR und Röntgendaten zum Einsatz, um Bauteile und Materiallagen zuverlässig zu identifizieren. Anhand dessen wird eine automatisierte robotergestützte Demontage angestoßen. Mithilfe von Wasserstrahltechnik werden im weiteren Schritt die Fraktionen des Elektrogeräts voneinander getrennt. Ziel ist es, Produkte nicht zu zerstören, sondern gezielt in saubere Fraktionen zu zerlegen.
Die Ergebnisse sind bemerkenswert. Es kann deutlich mehr Kupfer zurückgewonnen werden, als es in konventionellen Prozessketten gelingt. Lagen die zurückgewonnenen Kupferanteile eines Akkuschraubers dort zwischen 2 und 5%, wurde für den Ansatz im CDEL von deutlich höheren Werten berichtet. Genannt wurden Anteile zwischen 15 und 25%. Gleichzeitig wird die Stahlfraktion kupferärmer, was entscheidend für die Qualität und Einsatzfähigkeit von recyceltem Stahl ist. Der Ansatz ist zudem über Kupfer und Stahl hinaus relevant, weil eine saubere Demontage grundsätzlich auch die Rückgewinnung weiterer kritischer Komponenten verbessert, etwa bei seltenen Erden wie dem Neodym aus Magneten.
Zirkularität braucht Systemdenken
Der Vortrag von Prof. Seabra bei #CEresearchNRW machte deutlich, dass die Circular Economy nicht allein über hohe Recyclingquoten erreicht wird. Entscheidend ist die Qualität der Materialströme und damit die Frage, ob Störstoffe wie Kupfer in den Stahlkreislauf gelangen. Wo dies geschieht, entstehen technische und wirtschaftliche Grenzen, die am Ende auch die Klimavorteile der schrottbasierten Stahlproduktion schmälern.
Damit wird klar, dass die Transformation nicht erst im Schmelzofen beginnt. Sie beginnt früher, nämlich beim Produktdesign, bei intelligenter Demontage, datenbasierter Prozessplanung und konsequenter Materialtrennung. Robotisierte Verfahren sind kein Randthema, sondern ein zentraler Hebel für die Rohstoffsicherheit und für den Schutz primärer Ressourcen.
Wir wünschen der gesamten #CEresearchNRW Community ein gesegnetes Weihnachtsfest und einen guten Rutsch in das Jahr 2026. Unsere Reihe setzen wir im Februar fort und widmen uns nachhaltigen Nutzung von Energiesystemen im Wohnquartier. Martin Gertz der Westfälischen Hochschule wird uns seine Forschung zu Wärmepumpen vorstellen.
Beste Grüße,
Ihr CirPEL und Prosperkolleg e.V. Team