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Institut und Lehrstuhl für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling
Aktuelle Forschungsschwerpunkte fokussieren sich stark auf Aktivitäten zur Circular economy (deutsch: Kreislaufwirtschaft). IME Metallurgische Prozesstechnik …
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Aufgabe und Bedeutung
Das IME Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling ist ein Lehr- und Forschungsinstitut der RWTH Aachen University. Es beschäftigt sich mit der Gewinnung, dem Recycling, der Veredelung und der Synthese von Nichteisenmetallen und Legierungen. Nichteisenmetalle sind Metalle und Legierungen, bei denen Eisen nicht den Hauptbestandteil bildet. Das Institut gehört zur Fachgruppe „Materialwissenschaft und Werkstofftechnik“ der Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik.
Ein zentraler Schwerpunkt ist die Circular Economy, also die Kreislaufwirtschaft. Dafür entwickelt das IME metallurgische Prozesse, mit denen sich Wertmetalle aus metallhaltigen Abfällen und industriellen Reststoffen zurückgewinnen lassen. Dies soll Abfälle und Emissionen verringern, Rohstoffe erneut nutzbar machen und die Rohstoffversorgung im europäischen Wirtschaftsraum stärken. Das Institut wird von Bernd Friedrich geleitet und beschäftigt etwa 70 Mitarbeiter sowie studentische Hilfskräfte.
Forschung und technische Ausstattung
Die Forschung gliedert sich in drei große Bereiche. In der Recyclingmetallurgie werden Wertmetalle aus aufbereiteten Batteriekomponenten, Elektronikschrott, verbrauchten Katalysatoren sowie industriellen Reststoffen wie Stäuben, Schlämmen und Schlacken zurückgewonnen. Vorbehandlungsschritte wie die thermische Konditionierung bereiten die Stoffe dafür vor. Anschließend kommen hydrometallurgische Verfahren, also die Metallgewinnung mithilfe wässriger Lösungen, und/oder pyrometallurgische Verfahren zum Einsatz, die mit hohen Temperaturen arbeiten.
In der Werkstoffprozesstechnik untersucht das IME vor allem die Schutzgas- und Vakuummetallurgie. Schutzgas oder Vakuum verhindern dabei unerwünschte Reaktionen einer Metallschmelze mit der Umgebung. Zu den eingesetzten Verfahren gehören induktives Schmelzen, Elektroschlackeumschmelzen und Vakuumlichtbogenschmelzen. Ergänzend werden Raffinationsverfahren zur Herstellung sehr reiner Metalle erforscht, darunter Zonenschmelzen, fraktionierte Kristallisation, Destillation und Spülgasbehandlung.
Die dritte Forschungsplattform dient der Grundlagenforschung. Dort werden thermochemisch modellierte Gleichgewichte zwischen Metall und Schlacke experimentell überprüft und die Kinetik, also die Geschwindigkeit, metallurgischer Reaktionen bestimmt. Außerdem messen die Forschenden Eigenschaften flüssiger Schmelzphasen wie Viskosität, Dichte, Oberflächenspannung und Leitfähigkeit.
Das Institut besitzt vollständig ausgestattete Labore und pyrometallurgische Aggregate im Labormaßstab. Mit Großaggregaten wie TBRC und GLBO sowie Laugungsanlagen mit 50 beziehungsweise 100 Litern Volumen kann es auch industrienahe Anwendungen nachbilden. Seit 2017 ist das Markenzeichen „Green Metallurgy“ europaweit geschützt. Es kennzeichnet metallurgische Konzepte und Prozesse, die umweltfreundlich und nachhaltig ausgerichtet sind und den Ansätzen Zero Waste sowie Low Emission Metallurgy folgen.
Entwicklung des Instituts
Die Wurzeln des Instituts reichen bis zur Gründung der Rheinisch-Westfälischen Polytechnischen Schule im Jahr 1870 zurück, als ein Lehrstuhl für Mineralogie und Hüttenkunde geschaffen wurde. 1872 entstand daraus der von Ernst Friedrich Dürre geleitete Lehrstuhl für Allgemeine und spezielle Hüttenkunde und Probierkunst. Durch eine weitere Teilung wurde 1898 der Lehrstuhl für Metallhüttenkunde und Lötrohrprobierkunst gegründet. Wilhelm Borchers leitete ihn bis 1925. Weil zunächst eigene Räume fehlten, fanden elektrochemische und elektrometallurgische Untersuchungen in provisorischen Kellerlaboren statt. Das 1902 eröffnete spätere Institut für Metallhüttenkunde und Elektrometallurgie war das erste metallurgische Forschungsinstitut Deutschlands.
Nach Borchers’ Tod leitete Paul Röntgen das Institut bis einschließlich 1952. Während der Schlacht um Aachen 1944 wurde das Gebäude stark beschädigt; die Arbeit musste in provisorische Räume verlegt werden. Der Wiederaufbau dauerte von 1945 bis 1949. Unter Röntgen gehörten die Zink- und Aluminiummetallurgie sowie die Aluminiumraffination zu den Schwerpunkten.
Von 1952 bis 1977 führte Helmut Winterhager das Institut. In dieser Zeit standen Grundlagenfragen der Nichteisenmetallurgie im Mittelpunkt, darunter Schlackensysteme, die Verhüttung von Einsatzstoffen sowie Gewinnungs- und Raffinationsverfahren. Hinzu kamen Galvanotechnik, wässrige Elektrolyse, Vakuummetallurgie und der Einsatz von Plasmabrennern. Anfang der 1960er Jahre wurde das Gebäude um neue Labore und Arbeitsräume erweitert.
Joachim Krüger leitete das Institut von 1977 bis 1998 und verstärkte die Zusammenarbeit mit der Industrie. Seine Forschung behandelte die Primärmetallurgie und die Rückgewinnung von Metallen aus Rest- und Abfallstoffen. Gleichzeitig sollten Abfälle verringert, vermieden oder inertisiert, also in einen reaktionsträgen Zustand überführt, werden. Seit 1999 leitet Bernd Friedrich das Institut. Seine praxisorientierte Forschung umfasst Vakuum-, Elektro- und Hydrometallurgie, Kreislaufwirtschaft, umweltfreundliches Recycling, Reststoffverwertung, angewandte Elektrochemie, Nichteisenmetalle und Legierungen – besonders Sondermetalle – sowie die Bilanzierung der Metallgewinnung.
Studium und Qualifikationen
Das Lehrangebot reagiert auf den Strukturwandel in der Metallindustrie und auf die Nachfrage besonders kleiner und mittelständischer Unternehmen nach fachübergreifenden Fähigkeiten. Studierende sollen Kenntnisse aus Metallurgie, Anlagenbau und Informatik verbinden können, um metallurgische Prozesse und Metalllegierungen zu entwickeln und zu optimieren.
Das praxisnahe Studium der Nichteisenmetallurgie soll sowohl zur Entwicklung von Herstellungsverfahren für innovative metallische Werkstoffe als auch zu deren Recycling befähigen. Es richtet sich hauptsächlich an Studierende der Nachhaltigen Werkstofftechnik, des Wirtschaftsingenieurwesens mit dem Schwerpunkt Werkstoff- und Prozesstechnik sowie des Umweltingenieurwesens mit dem Schwerpunkt Rohstofftechnik.
Die Ausbildung erfolgt an der RWTH Aachen in einem sechssemestrigen Bachelor- und einem viersemestrigen Masterstudiengang oder in einem viersemestrigen englischsprachigen Aufbaustudiengang zum „Master in Metallurgical Engineering“. Inhaltliche Schwerpunkte sind Thermische Gewinnungsverfahren, Thermische Raffinationsverfahren, Hydrometallurgie und Circular Metallurgy. Wahlfächer behandeln die Ressourceneffizienz beim Metallrecycling, die Metallurgie und Eigenschaften von Aluminiumschmelzen sowie die Planung und Wirtschaftlichkeit metallurgischer Anlagen.
Auszeichnungen und Forschungsnetzwerke
Für seine Forschung in der Nichteisenmetallurgie erhielt das IME mehrere Auszeichnungen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie verlieh ihm gemeinsam mit der Accurec Recycling GmbH den Deutschen Rohstoffeffizienz-Preis 2012. Ausgezeichnet wurde ein Verfahren zur Rückgewinnung von Rohstoffen aus elektronischen Altgeräten, insbesondere aus Batterien. In den Jahren 2008, 2012 und 2016 erhielt das Institut außerdem den weltweit höchstdotierten metallurgischen Kaiserpfalz-Preis der Wirtschaftsvereinigung Metalle. Die ausgezeichneten Arbeiten betrafen Batterierecycling, Nanotechnologie und Titanmetallurgie.
Das IME war an der Gründung des europäischen Forschungsnetzwerks EIT RawMaterials beteiligt und vertritt dort als Core-Partner die Interessen der RWTH. Die Beteiligung stärkt die europäische Präsenz, vermittelt Informationen über Entwicklungen in der Rohstoffbranche und ermöglicht die Förderung von Lehr- und Innovationsprojekten. Außerdem ist das IME eines von sechs Gründungsinstituten der RWTH im Open-Innovation-Forschungscluster AMAP (Advanced Metals and Processes). Dort arbeiten die Institute mit 14 Industrieunternehmen an gemeinsamen vorwettbewerblichen Forschungsprojekten zur Stärkung des Werkstoffs Aluminium.
Internationale Kooperationen bestehen unter anderem mit der Nationalen Technischen Universität Donetsk im Bereich Titanmetallurgie und mit der Montanuniversität Leoben, mit der jährlich ein Young-Researcher-Workshop für Nichteisenmetallurgen organisiert wird. Weitere strategische Partnerschaften verbinden das IME mit der Technischen Universität Istanbul zur Hydrometallurgie, der Universität Maribor zu Nanopulvern, der Nationalen Technischen Universität Athen zu industriellen Reststoffen und der Universität Belgrad zur Elektrochemie. Bernd Friedrich erhielt 2010 von der Nationalen Technischen Universität Donetsk und 2024 von der Montanuniversität Leoben die Ehrendoktorwürde. Der Oberingenieur Alexander Birich wurde mit dem „IntSpire Preis“ der RWTH Aachen für seinen Beitrag zur Internationalisierung ausgezeichnet.