Ru-Katalysatoren sind katalytische Materialien mit Ru als aktivem Kernbestandteil, die die Effizienz chemischer Prozesse durch Verringerung der Reaktionsaktivierungsenergie deutlich steigern. Im Jahr 2025 wandelte ein von einem Team der Tohoku-Universität in Japan entwickelter Katalysator – Ru/Cerdioxid – 92 % des Plastikmülls bei einer niedrigen Temperatur von 200 °C in Kraftstoff und chemische Rohstoffe um und demonstrierte damit den einzigartigen Wert von Ru in katalytischen Reaktionen. Selbst wenn diese Katalysatoren unwirksam werden, enthalten sie noch hochreines Ru-Metall, was sie zu einem wichtigen Ziel in der Recycling-Lieferkette macht. Beispielsweise hat Ru-Targetmaterialabfall aus der Halbleiterherstellung oft eine Reinheit von 99,99 %, während Ru-Kohlenstoff-Katalysatoren in der petrochemischen Industrie etwa 3–5 % R enthalten. Recycelbare Ru-Katalysatoren in industriellen Anwendungen fallen hauptsächlich in drei Kategorien: homogene Katalysatoren für die Olefinmetathese (z. B. Grubbs-Katalysatoren), geträgerte heterogene Katalysatoren (z. B. Ru/Al₂O₃) und neu entstehende strukturierte Katalysatoren für die Hydrogenolyse (z. B. MXen-geträgerte Katalysatoren). Vor dem Recycling ist eine strenge Klassifizierung erforderlich: Abfälle aus der Elektronikindustrie werden schnell mittels Röntgenfluoreszenzspektroskopie (XRF) untersucht, pharmazeutische Katalysatoren müssen auf organische Rückstände getestet werden und Legierungen aus der Luft- und Raumfahrt werden vorrangig mittels induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) analysiert.
Bis 2025 werden die weltweiten Recyclingpreise für Ru-Katalysatoren dreistufig differenziert sein. Hochreines Ru-Pulver (≥99,99 %), das hauptsächlich aus Halbleiter-Targetmaterialien und Forschungsabfällen gewonnen wird, wird einen Recyclingpreis von 28–30 USD/g erzielen. Unter den Industrieabfällen wird der Recyclingpreis für Anodenkatalysatoren für Wasserstoffbrennstoffzellen aufgrund ihrer reinen Zusammensetzung bei 20–23,5 USD/g liegen . Für Ru -Kohlenstoff-Katalysatoren aus Erdölraffinerien (Ru-Gehalt 0,5–2 %) sinken die Rückgewinnungspreise aufgrund von Kohlenstoffverunreinigungen auf 18–22 USD pro Gramm.
Preisschwankungen werden durch drei Faktoren bestimmt: Die täglichen Schwankungen des Ru-Preises auf dem Londoner Platin- und Palladiummarkt (LPPM) können ±15 % erreichen und wirken sich direkt auf den Rückgewinnungsmarkt aus. Hinsichtlich der Reinigungskosten fällt für Schrott mit Schwermetallverunreinigungen eine zusätzliche Gebühr von 15 % für die Entfernung von Verunreinigungen an. Aus politischer Sicht können recycelte Ru-Katalysatoren, die nach dem CO2-Grenzausgleichsmechanismus (CBAM) der EU zertifiziert sind, einen Aufpreis von 500–800 US-Dollar pro Tonne erzielen. Internationale Unternehmen wie Heraeus bieten „24-Stunden-Preisbindungsdienste“ an, um sich gegen das Risiko von Preisvolatilitäten bei Terminkontrakten abzusichern.
Weitere preisbezogene Inhalte zum Edelmetallrecycling:
Wasserstoff-Energiewirtschaft: Protonenaustauschmembran-Elektrolysezellen verwenden Ru-beschichtete Katalysatoren. Eine einzelne 1.000-Nm³-Einheit benötigt 30–50 Gramm Ru. Bis 2030 wird die weltweit installierte Kapazität von Elektrolysezellen voraussichtlich 100 GW erreichen, wobei der jährliche Ru-Bedarf 10 Tonnen übersteigen wird.
Chemische Synthese: Ru-Katalysatoren erreichen bei der Acrylsäureproduktion eine Selektivität von 95 %, eine Verbesserung um 40 % gegenüber herkömmlichen Kupferkatalysatoren. Jede Produktionseinheit erzeugt jährlich etwa zwei Tonnen verbrauchten Katalysator, der etwa 1,5 % Ru enthält.
Kunststoff-Aufwertung: Zweidimensionale, mit MXen beladene Ru-Katalysatoren (Ru@P-MXen) erreichen eine Hydrogenolyserate von 914,9 gC₅–C₃₅ gRu¯¹ h¯¹ für LDPE-Kunststoffe, wobei die Flüssigbrennstoffselektivität über 80 % liegt.
Elektronikfertigung: Ru-beschichtete Schichten in 5G-Filtern verbessern die Effizienz der Signalübertragung, wobei jede Basisstation etwa 2 Gramm Ru enthält. Weltweit können jährlich über 500 Kilogramm Ru aus ausrangierten Basisstationen zurückgewonnen werden.
Moderne Recyclingverfahren konzentrieren sich auf die Verbesserung der Effizienz und die Reduzierung des Energieverbrauchs. Japan hat ein Ru/Cerdioxid-System entwickelt, das Polyolefin-Kunststoffe bei niedrigen 200 °C direkt spaltet und so im Vergleich zu herkömmlichen 900 °C-Verfahren über 60 % Energie einspart. Inländische Teams verwenden Silica-Säulen als MXene-Träger und optimieren den Einschlusseffekt von Ru-Nanopartikeln durch einstellbare Zwischenschichtabstände (12–30 Å). Dadurch wird die Diffusionsrate von Polyethylenmolekülen um das Dreifache erhöht und eine Regenerationseffizienz von 98,5 % für verbrauchte Katalysatoren erreicht.
Im hydrometallurgischen Verfahren verwendet Heraeus Ionenaustauscherharze zur selektiven Absorption von Ru-Ionen und erreicht so eine Rückgewinnungsrate von über 99 % aus Galvanik-Abfällen mit 0,1 % Ru. Das Ganjiang-Institut der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelte eine innovative mikrowellenunterstützte Laugungstechnologie, die die Verarbeitungszeit für Elektroschrott von 24 Stunden auf 4 Stunden verkürzte und den Energieverbrauch um 60 % senkte. Bei hochgiftigen Ammoniumhexachlororuthenat-Abfällen kann ein geschlossenes Plasmaschmelzsystem nahezu null Abgasemissionen erreichen.
Um in die Recyclingbranche für Ru-Katalysatoren einzusteigen, müssen drei Hürden überwunden werden: Technologie, Zertifizierung und Vertriebskanäle. Technologie: Kann hochreine Ru-Targets aus Halbleiterfabriken verarbeiten; für pharmazeutische Katalysatoren sind zusätzliche Pyrolyseanlagen für organisches Material erforderlich. Qualifikationsbezogen: In Europa und den USA ist der Besitz einer Lizenz zur Behandlung gefährlicher Abfälle vorgeschrieben (z. B. RCRA-Zertifizierung der US-Umweltschutzbehörde EPA), und für die Verarbeitung chlorierter Ru-Verbindungen ist eine Umweltsystemzertifizierung nach ISO 14001 erforderlich.
Auswahl des Betriebsmodells:
1. Regionale Sammler: Unterzeichnen Sie Abfallvereinbarungen mit lokalen Waferfabriken/Chemiewerken, um die Recyclinglogistik für Ru-Katalysatoren zu optimieren. In Deutschland beispielsweise wird das Modell „Katalysator-Leasing-Recycling“ angewendet. Dabei zahlen Kunden eine Kaution für die Miete von Ru-Katalysatoren. Nach der Entsorgung übernimmt der Recycler die Abholung des Abfalls.
2. Spezialisierte Raffinationsanlagen: Investitionen in Wasserstoffreduktionsöfen (1200 °C) und elektrolytische Raffinationsanlagen, um Roh-Ru auf 99,99 % Reinheit zu reinigen. Das geschlossene Kreislaufsystem von Heraeus in seinem Werk in Tennessee erreicht eine Rückgewinnungsrate von 98 %, wobei die Kohlendioxidemissionen um 97 % niedriger sind als bei abgebautem Ru.
3. Vertriebspartnerschaften: Nehmen Sie am Preissystem des London Platinum and Palladium Market (LPPM) teil oder nutzen Sie die digitale Handelsplattform von Heraeus für Echtzeit-Preise. Bis 2025 wird der globale Ruthenium- Recyclingmarkt voraussichtlich ein Volumen von 5,37 Milliarden US-Dollar erreichen, wobei technisch konforme Unternehmen Bruttomargen von über 30 % erzielen.
4. Zusammenarbeit mit KMU: KMU fehlt das Kapital, um lange Abwicklungszyklen zu bewältigen. Die optimale Lösung ist die Zusammenarbeit mit großen Edelmetallrecyclinganlagen wie DONGSHENG, die kurze Abwicklungszyklen bieten. Die Zahlungszyklen von DONGSHENG liegen in der Regel bei 24–48 Stunden.
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