Luftklassierung von Kupfergranulat aus recycelten Elektrokabeln mit einem Zickzack-Seperator

Warum alte Kabel für eine sauberere Zukunft wichtig sind

Hinter jedem Lichtschalter, Elektroauto und Solarpanel steckt ein unscheinbarer Held: Kupferdraht. Während die Welt mehr Systeme für saubere Energie und mehr Elektrofahrzeuge baut, steigt unser Bedarf an Kupfer rasant. Der Abbau von neuem Kupfer ist teuer und energieintensiv, doch Kupfer lässt sich immer wieder recyceln, ohne Qualitätsverluste. Dieser Artikel beleuchtet einen cleveren Weg, um aus ausgedienten Elektrokabeln mehr Wert zu gewinnen, indem recyceltes Kupfergranulat so gründlich gereinigt wird, dass es mit Metall aus frisch abgebautem Erz konkurrieren kann.

Was steckt wirklich in einem Stromkabel?

Auf den ersten Blick wirkt ein Stromkabel simpel, doch es ist ein geschichtetes Verbundprodukt. Außen liegen robuste Kunststoffhüllen, die vor Feuchtigkeit, Abrieb und elektrischem Schlag schützen. Innen befinden sich metallische Abschirmungen, oft aus Aluminium oder Blei, und im Kern liegt der leitfähige Leiter, meist aus Kupfer, manchmal aus Aluminium. Viele Leiter bestehen aus Bündeln sehr dünner Kupferdrähte, die häufig verzinnt sind, um Korrosion zu verhindern und zuverlässige Verbindungen zu Steckern und Klemmen zu ermöglichen. Wenn solche Kabel ihr Lebensende erreichen, werden sie zerkleinert zu einer Mischung aus Kunststoffstücken, reinem Kupfergranulat und verzinnten Kupferstücken, die allesamt frustrierend ähnlich aussehen.

Vom Gemisch zum hochwertigem Kupfer

Moderne Recyclinganlagen gehen dieses Durcheinander in mehreren Schritten an. Zuerst werden Kabel geschnitten und zerkleinert, Magnete ziehen Stahl heraus. Dann mahlen Mühlen das Material zu kleineren Granulaten, und verschiedene Separatoren trennen Kunststoffe und andere Metalle ab. Selbst danach enthält das vermeintliche „Kupfer“-Produkt noch eine hartnäckige Verunreinigung: winzige, längliche Kupferstücke, deren Oberflächen mit Zinn überzogen sind. Diese verzinnten Körnchen verringern die Reinheit des Endmetalls, was für Hütten und Hightech-Anwendungen wichtig ist. Traditionelle Schwerkrafttische, die vibrieren und Luft durch das Material blasen, können diese unhandlich geformten Partikel nicht vollständig vom sauberen Kupfer trennen.

Wie eine Zickzack-Säule Partikel mit Luft sortiert

Die Forschenden untersuchten ein anderes Werkzeug: einen hohen, schmalen Kanal aus wiederholten abgeschrägten Sektionen, der eine Zickzack-Säule bildet. Luft wird von unten nach oben geblasen, während gemischtes Kupfergranulat von oben hereinfällt. In jeder Biegung bilden sich zwei gegenläufige Ströme – einer, der entlang der Außenwand nach oben streicht, und einer, der an der Innenwand nach unten gleitet. Ob ein Partikel mitgetragen wird oder nach unten fällt, hängt von einem Tauziehen zwischen seinem Gewicht und der Auftriebskraft der Luft ab. Leichte oder flache Partikel werden leichter nach oben geschwemmt und verlassen oben die Säule als „leichte“ Fraktion; schwerere, kompaktere Partikel fallen unten als „schwere“ Fraktion heraus. Durch Anpassung des Luftstroms kann das Team den Gleichgewichtspunkt verschieben und somit steuern, welche Partikel in welchem Auslass landen.

Prüfung von echtem Schrott und virtuellen Strömungen

Um herauszufinden, wie gut das in der Praxis funktioniert, testeten die Autoren vier Arten von Kupfergranulat aus einer industriellen Recyclinglinie. Jede Charge hatte eine andere Mischung aus Partikelgrößen, -formen und Verunreinigungen. Sie führten 500‑Gramm-Proben durch einen Labor-Zickzack-Seperator bei zwei Luftstufen und maßen, wie viel Kupfer und wie viel Zinn, Blei, Eisen und andere Elemente in den schweren und leichten Fraktionen landeten. Gleichzeitig bauten sie ein detailliertes Computermodell der Luft- und Partikelbewegung mithilfe der numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics). In diesem virtuellen Separator wurden Tausende von Partikeln mit gemessenen Größendistributionen durch die Zickzack-Wege verfolgt, um vorherzusagen, welchen Auslass sie erreichen und wie lange sie in der Säule in der Schwebe bleiben würden.

Was Experimente und Simulationen offenbarten

Bei mehreren der getesteten Materialien, insbesondere einem mit der Bezeichnung Granulat 2, steigerte der Zickzack-Seperator die Kupferreinheit deutlich. Bei höherem Luftstrom erreichte die schwere Fraktion fast 99,9 % Kupfer, während der leichtere Strom mehr der verzinnten und sonstigen kontaminierten Partikel fortführte. Die Computersimulationen erfassten die generellen Trends, etwa wie steigende Luftgeschwindigkeit zunächst kleinere und dann größere Körner in die leichte Fraktion verschiebt und deren Verweilzeit in der Säule erhöht. Die Übereinstimmung zwischen Modell und Realität hing jedoch stark von der Partikelform ab. Bei Granulaten aus geraden, drahtartigen Stücken oder mit vielen nicht‑sphärischen Körnern wuchsen die Modellfehler, weil das Modell einen einzigen, durchschnittlichen „Rundheits“-Wert für alle Partikel annahm.

Was das für Recycling und Konstruktion bedeutet

Für Nichtfachleute ist die zentrale Botschaft klar: Mit einem sorgfältig abgestimmten Luftstrom in einer Zickzack‑Röhre können Recycler Kupfer aus alten Kabeln mechanisch zu sehr hoher Reinheit aufbereiten und dabei deutlich weniger Energie verbrauchen, als wenn alles eingeschmolzen würde. Die Studie zeigt außerdem, dass Computermodelle dabei helfen können, solche Anlagen zu entwerfen und zu optimieren — allerdings nur, wenn sie die ungewöhnlichen Formen realer Schrottpartikel berücksichtigen. Durch Verfeinerung dieser Modelle und Anpassung an konkrete Abfallströme können Recyclingbetriebe besser vorhersagen, wie sie ihre Separatoren betreiben, die Kupferrückgewinnung maximieren und so die Nachfrage nach diesem kritischen Metall bedienen, während der Druck auf Bergbau und Umwelt reduziert wird.

Zitation: Madej, P., Zybała, R., Rządzka-Madej, A. et al. Air classification of copper granules from recycled electrical cables using a zig-zag separator. Sci Rep 16, 12000 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42336-y

Schlüsselwörter: Kupferrecycling, Elektrokabelabfall, Luftklassierung, Zickzack-Separator, Computational Fluid Dynamics