Das Nickelrecycling konzentriert sich hauptsächlich auf zwei Materialarten: hochwertige Nickellegierungen und Nickelschrott. Das Recycling hochwertiger Nickellegierungen umfasst vor allem Turbinenschaufeln für Flugzeugtriebwerke, Nickel-Ruthenium-Gewebe für die Chloralkali-Elektrolyse, verbrauchte Katalysatoren oder Abwässer aus der Wasseraufbereitung und Galvanotechnik, Katalysatoren und Nickelelektroden für die Elektrolysezellenindustrie sowie nickelbasierte Katalysatoren für die Wasserstoffproduktion. In diesen Anwendungen liegt Nickel nicht isoliert vor, sondern ist häufig an Rhenium, Ruthenium, Iridium, Platingruppenmetalle oder Seltenerdelemente gebunden. Daher besteht der Wert des Nickelrecyclings nicht einfach im Verkauf von Schrott zum Nickelpreis, sondern vielmehr in der Trennung von Nickel und den damit verbundenen Metallen in wiederverwendbare Formen. (Diese Branchen verarbeiten auch hochwertige Titanmaterialien; Informationen zu den Recyclingwegen von Titan finden Sie in der Branchenübersicht „ Titanrecycling im Detail “.) Eine weitere Kategorie von Nickelmaterialien mit geringerem Wert umfasst Edelstahl und Batterien. Die Bedeutung des Recyclings dieser Art von Nickelschrott liegt eher in der Ressourcennutzung und der Kostenkontrolle durch Skaleneffekte als in Prämien pro Tonne.
Hochtemperaturlegierungen, die in Turbinenschaufeln von Luft- und Raumfahrttriebwerken sowie in Gasturbinen eingesetzt werden, bestehen aus einer Nickelmatrix (50–70 Gew.-%) und sind mit hochwertigen, hochschmelzenden Metallen wie Rhenium, Tantal und Wolfram legiert. Der Engpass beim Recycling dieser Werkstoffe liegt nicht in der Verfügbarkeit von Nickel, sondern vielmehr in der extrem dichten Mikrostruktur der Legierung und ihrer Beständigkeit gegenüber Säure- und Laugenkorrosion; Zerkleinerung und Zersetzung stellen an sich schon erhebliche Herausforderungen dar. Das Hauptziel des Recyclings besteht darin, trotz der komplexen Legierungszusammensetzung so viel Wert wie möglich aus Nickel und den damit verbundenen Schlüsselmetallen – wie Rhenium und Kobalt – zu erhalten.
Die Pyrometallurgie gewinnt Nickel durch Umschmelzen von Legierungsabfällen bei hohen Temperaturen und erzielt dabei eine Nickelausbeute von 88–97 %. Zu ihren Nachteilen zählen der hohe Energieverbrauch und die begrenzte Selektivität für Begleitmetalle. Die Hydrometallurgie nutzt Säure-/Laugenlaugung in Kombination mit Trennung und Reinigung. Die Extraktionsraten für Nickel, Rhenium und Kobalt erreichen 92–99 %, und die Ausfällungseffizienz von Kobalt-/Nickeloxalaten liegt bei 95–99 %. Allerdings ist typischerweise ein Vormahlen erforderlich, und der Prozess ist relativ langwierig. Das kombinierte pyrometallurgisch-hydrometallurgische Verfahren verändert die Materialstruktur zunächst durch oxidatives oder basisches Rösten. In einem typischen Prozess, nach der Reaktion von Hochtemperaturlegierungen mit Aluminiumpartikeln bei 1500 °C, beträgt die Nickelausbeute im ersten Schritt 95 % und die Rheniumausbeute im zweiten Schritt 99 %. Um die Probleme der mangelnden Zersetzung und Auslaugung herkömmlicher Verfahren zu lösen, nutzt die Sulfidierung die geringe Beständigkeit von Nickelbasislegierungen gegenüber Schwefelkorrosion. Dabei wird das Metall zunächst in Sulfide umgewandelt – deren Härte deutlich geringer ist als die der ursprünglichen Legierung – und anschließend mit Salzsäure ausgelaugt. So werden Rückgewinnungsraten von 97,6 % für Eisen und 98,1 % für Nickel erzielt. Molybdän kann separat durch Rösten und Alkalilaugung gewonnen werden. Auch die elektrochemische anodische Auflösung findet zunehmend Anwendung im industriellen Maßstab. In einem System mit 100 g/L Salzsäure kann die Nickelkonzentration 72,11 g/L erreichen. Dadurch eignet sich das Verfahren zur Aufbereitung von Nickellegierungsrückständen mit großer spezifischer Oberfläche, wie beispielsweise Späne und Schleifstaub.
Edelstahl ist die wichtigste Quelle für recyceltes Nickel und deckt etwa 80 % des Nickelverbrauchs in nachgelagerten Anwendungen ab. Die Gründe für das Nickelrecycling aus Edelstahl unterscheiden sich jedoch grundlegend von denen hochwertiger Legierungen: Ziel ist nicht der Erhalt bestimmter Leistungseigenschaften, sondern die gemeinsame Rückgewinnung von Eisen, Chrom und Nickel in großem Umfang und zu geringen Kosten. Die wichtigsten Materialien für das Nickelrecycling in diesem Sektor sind Schmelz- und Verarbeitungsstaub, Beizschlamm, Staubabscheiderasche und Edelstahlreste.
Pyrometallurgische Reduktion und Schmelztrennung sind die gängigsten Verfahren zur Aufbereitung von Edelstahlstaub. Beizschlamm und Staubabscheideasche werden vermischt, pelletiert und gesintert, bevor sie in einem Elektrolichtbogenofen eingeschmolzen werden. Die Reduktion im Induktionsofen in Kombination mit der Zugabe von Ferrosilicium erzielt eine Gesamtausbeute von ca. 95 % für Eisen, Chrom, Nickel und Molybdän. Europäische Produktionslinien verfolgen einen direkteren Ansatz: Die Recyco-Anlage von Aperam am Standort Isbergues in Frankreich nutzt einen Elektrolichtbogenofen speziell zur Aufbereitung von Staub und Schlamm aus der Edelstahlhütte. Dabei werden Nickel, Chrom und Molybdän zu Ferrolegierungen verarbeitet, die anschließend in der eigenen Hütte des Unternehmens als Ersatz für Primärnickel eingesetzt werden. Das integrierte pyrometallurgisch-hydrometallurgische Verfahren steigert die Nickelausbeute von 82 % auf 91 % und die Chromausbeute von 75 % auf 86 % und ermöglicht so die wirtschaftliche Nutzung von minderwertigem Schrott mit einem Nickelgehalt unter 3 %. Das hydrometallurgische Hilfsverfahren dient der Aufbereitung von Beizabfällen und Feinschlämmen mittels Säureauslaugung oder Diffusionsdialyse zur Rückgewinnung von Säuren und Metallionen. Als Ergänzung zum pyrometallurgischen Verfahren eignet es sich für Materialien mit komplexen Zusammensetzungen und kleinere Verarbeitungsmengen.
Das primäre Rückgewinnungsziel bei der Chloralkali-Elektrolyse ist das Nickel-Ruthenium-Netz , das aus einem reinen Nickelsubstrat mit einer Oberflächenbeschichtung aus dem Edelmetall Ruthenium besteht. Der Wert des Nickels in diesen Elektroden lässt sich nicht anhand des Preises von „Nickelschrott“ bestimmen; das Nickelsubstrat dient lediglich als Träger, der eigentliche Wert liegt im Ruthenium. Der technische Ansatz besteht daher nicht darin, die Elektroden einzuschmelzen, um Nickel zu gewinnen, sondern die Beschichtung zunächst sorgfältig vom Substrat zu trennen und sie anschließend separat zurückzugewinnen.
Das verbesserte Stripping-Verfahren beinhaltet das Einlegen verbrauchter Elektroden in verdünnte Säure und die Anwendung von Ultraschall, um die Edelmetallbeschichtung vom Nickelsubstrat zu trennen. Die Kontrolle der Bestrahlungsdauer ist dabei entscheidend. Nach dem Stripping wird die Beschichtung erneut gestrippt, extrahiert und raffiniert. Das Ruthenium wird zu hochreinem Ruthenium gereinigt und wieder in den industriellen Kreislauf eingeführt, während das Nickelsubstrat als Nickelmaterial recycelt wird. Auf Branchenebene ist bereits ein unternehmensübergreifendes Kreislaufsystem in Betrieb: In einem gemeinsamen Projekt, das im Februar 2025 startete, liefert Nobian ausgediente Elektrolytelektroden. Mastermelt und Furuya Metal sind für das Strippen des Katalysators von den Elektroden sowie die Extraktion und Raffination der Edelmetalle verantwortlich. Asahi Kasei verarbeitet die gewonnenen Edelmetalle zu Katalysatoren, die auf neue Elektroden aufgebracht werden. Nobian verwendet diese recycelten Elektroden anschließend für die Salzwasserelektrolyse. Nobian hat bestätigt, dass der Großteil des Rutheniums und Iridiums zusammen mit Titan und Nickel zurückgewonnen und zur Herstellung neuer, recycelter Elektroden und Elektrolyseurrahmen wiederverwendet werden kann. Asahi Kasei ist überzeugt, dass sich dieses Modell auf das Komponentenrecycling seiner Systeme zur Erzeugung von grünem Wasserstoff ausweiten lässt.
In Wasseraufbereitungsanlagen und Galvanisierungsbetrieben liegt Nickel hauptsächlich als gelöste Ionen (in den Abwässern der Galvanisierung) oder in Form von Schlamm/verbrauchten Katalysatoren vor. Die Matrix ist komplex und enthält häufig Eisen, Aluminium, Kupfer und Chrom. Der Kern der Nickelrecyclingtechnologie liegt nicht in der Frage, ob es sich auslaugen lässt, sondern in der Reinigung von Nickel bis zu einer nutzbaren Qualität innerhalb des Selektivitätsbereichs, in dem mehrere Verunreinigungen gleichzeitig vorhanden sind. Das zurückgewonnene Nickel liegt typischerweise in Form von Produkten wie Nickelsulfat und Nickelhydroxid vor, die in der Galvanisierung wiederverwendet oder als Vorprodukte für Batterien eingesetzt werden können.
Für Galvanikschlämme hat sich die Kombination aus Säureauslaugung, Oxidationsfällung und Lösungsmittelextraktion bewährt. Die Schwefelsäureauslaugung mobilisiert Nickel, Kupfer, Eisen und Aluminium in Lösung; die anschließende P2O4-Extraktion trennt Eisen und Aluminium vom Auslaugungswasser ab und erzielt dabei eine Eisenentfernungsrate von nahezu 100 % und eine Aluminiumentfernungsrate von 99,5 %, während der Nickelverlust auf ca. 16 % begrenzt wird. Der verbleibende Extraktionsmittelrückstand wird einer weiteren Nickelextraktion mit HBL 110 unterzogen, wodurch eine Nickelausbeute von 98,5 % erreicht und ein Nickelsulfatprodukt in Industriequalität mit einem Nickelgehalt von 24,4 % gewonnen wird. Soll Nickel in Galvanikqualität hergestellt werden, liefert die P2O4-Extraktion, gefolgt von der Entfernung von Verunreinigungen, Verdampfung und Kristallisation, NiSO₄-Kristalle mit einem Nickelgehalt von 25,4 Gew.-%, die direkt in den chemischen Nickelplattierungsprozess zurückgeführt werden können. Verbrauchte Katalysatoren werden über ein separates selektives Auslaugungsverfahren aufbereitet: Ein Ammoniak-Ammoniumchlorid-System kann Nickel aus Hydrierungskatalysatoren extrahieren und liefert in Kombination mit chelatbildenden Extraktionsmitteln (wie z. B. LIX65N) ein Nickelprodukt mit einer Reinheit von über 99,5 %. Eutektische Lösungsmittel und ionische Flüssigkeiten werden derzeit als Alternativen zu starken Säuren und Basen untersucht, um eine selektive Extraktion aus verbrauchten Katalysatoren und Galvanikschlämmen zu erreichen und so die Belastung der Abwasserbehandlungsanlagen zu reduzieren.
In PEM-Elektrolyseuren und Hochtemperaturelektrolyseuren liegt Nickel in Form von Katalysatoren oder Elektrodenmaterialien vor, typischerweise in Kombination mit anderen Platingruppenmetallen (Platin, Iridium, Ruthenium) und Seltenerdelementen. Die Herausforderung bei der Nickelgewinnung besteht nicht in der chemischen Auflösung, sondern in der physikalischen Trennung: Der Katalysator lagert sich in Form extrem feiner Partikel auf Elektroden oder Membranmaterialien ab, deren Partikelgröße etwa einem Hundertstel des Durchmessers eines menschlichen Haares entspricht. Traditionelle Schmelzverfahren sind für diese Anwendung ungeeignet, und moderne Technologien konzentrieren sich auf die effiziente Abtrennung dieser feinen Partikel.
Die Flüssig-Flüssig-Partikelextraktion nutzt ein Lösungsmittel-Wasser-Kreislaufsystem zur selektiven Trennung hydrophober Kathodenkatalysatoren von hydrophilen Anodenkatalysatoren aufgrund ihrer unterschiedlichen Hydrophobizität. Die Agglomerationsflotation verwendet ein hydrophobes Bindemittel – hergestellt mittels spezieller Emulsionstechnologie – zur selektiven Agglomeration ultrafeiner Partikel, die anschließend durch Blasenanlagerung abgetrennt werden. Diese beiden komplementären Feinpartikeltrennverfahren ermöglichen Rückgewinnungsraten von bis zu 90 % für wichtige Funktionsmaterialien wie Platin, Iridium, Palladium, Seltenerdelemente und Nickel. Hochtemperatur-Elektrolyseure (SOEC) verwenden Nickel und Seltenerdelemente als primäre Katalysatormaterialien. Dies unterscheidet sich von den Platingruppenmetallsystemen in PEM-Elektrolyseuren hinsichtlich der Zielmaterialien für die Rückgewinnung; das Prinzip der Feinpartikeltrennung bleibt jedoch dasselbe. Im Bereich der industriellen Dienstleistungen umfasst das Recyclingangebot von Heraeus bereits MEA, CCM, Bipolarplatten und poröse Transportschichten aus Elektrolyseuren und Brennstoffzellen sowie Produktionsabfälle. Der Mechanismus des Metallpoolkontos ermöglicht es den Kunden, die gewonnenen Metalle ihren Konten gutzuschreiben, die dann zum Ausgleich von Käufen neuer Produkte verwendet, zu Marktpreisen zurückverkauft oder als physisches Metall entnommen werden können – wodurch die Nickelrückgewinnung in das Metallanlagenmanagement der Kunden integriert wird.
Das Nickelrecycling in der Wasserstoffproduktion weist starke Merkmale eines geschlossenen Kreislaufsystems auf: Ziel ist nicht nur die Gewinnung von Nickel, sondern dessen direkte Umwandlung in nutzbare Elektrokatalysatoren und deren Wiederverwendung in den Elektrolyseuren. Alkalische Wasserelektrolyse, AEM-Wasserelektrolyse und Meerwasserelektrolyse sind allesamt stark auf nickelbasierte Katalysatoren angewiesen, während die Galvanotechnik große Mengen nickelhaltigen Abwassers erzeugt. Dadurch entsteht eine direkte Verbindung zwischen Abfall und Funktionsmaterial.
Mithilfe eines skalierbaren hydrothermalen Syntheseverfahrens werden Ni(OH)₂ und NiO aus Abwässern der Nickelgalvanisierung gewonnen und direkt als Anodenkatalysatoren in Anionenaustauschmembran-Wasserelektrolysezellen (AEMWE-Zellen) eingesetzt. AEMWE-Zellen mit diesen recycelten Nickelkatalysatoren zeigen bei industriellen Stromdichten eine mit einer Referenz-Nickelanode vergleichbare Leistung, mit einer maximalen Reduktion der Zellspannung um 0,25 V relativ zur Sauerstoffentwicklungsreaktion. Eine Lebenszyklusanalyse bestätigt, dass die Kopplung der Harnstoffoxidation mit der Rückgewinnung der Nickelkatalysatoren den CO₂-Fußabdruck der Wasserstoffproduktion signifikant reduzieren kann. Aus Abwässern der Nickelgalvanisierung als Ausgangsmaterial lassen sich amorphe Nickelkatalysatoren schnell mittels Hochstromdichte-Elektrodeposition herstellen. Dieses Verfahren ermöglicht die simultane Ammoniakproduktion durch die Elektroreduktion von Nitraten und die Rückgewinnung von Nickelionen und integriert somit Abwasserbehandlung und Katalysatorsynthese in einen einzigen Prozess. Die derzeitigen Verfahren zur Nickelrückgewinnung in der Meerwasserelektrolyse umfassen hauptsächlich die In-situ-Rekonstruktion von Elektrodenoberflächen und die elektrochemische Rückgewinnung gelöster Metallionen. Obwohl dieser Ansatz noch weit von einem vollständig geschlossenen Kreislauf entfernt ist, der das „Recycling verbrauchter Katalysatoren und deren Wiedereinführung in Meerwasserelektrolysezellen“ beinhaltet, entspricht die Materialrecyclinglogik nickelbasierter Katalysatoren in diesem Verfahren derjenigen von AEM-Systemen. Nickel und Kobalt aus ausgedienten Lithium-Ionen-Batterien können ebenfalls in die für Wasserstoffproduktionsreaktionen benötigten nickelbasierten Katalysatoren umgewandelt werden; hier überschneidet sich die Rückgewinnung von Nickellegierungen und Batterienickel mit der Lieferkette für Wasserstoffproduktionskatalysatoren.
Die additive Fertigung revolutioniert die Preisgestaltung beim Nickelrecycling aus Hochtemperaturlegierungen. Während herkömmliche Verfahren Legierungsabfälle zu gewöhnlichem Schmelzrohstoff verarbeiten, werden beim aktuellen Ansatz Nickelbasis-Hochtemperaturlegierungsabfälle aus Flugzeugtriebwerken und Gasturbinen direkt zu 3D-Druckpulvern verarbeitet. 6K Additive hat mit Siemens Energy einen langfristigen globalen Liefervertrag abgeschlossen. Siemens Energy stellt 6K Additive im Rahmen des additiven Fertigungsprozesses Nickellegierungspulver zur Verfügung. Mithilfe des UniMelt-Mikrowellenplasmasystems wandelt 6K Additive diese Abfälle in Pulver um, das sich für die additive Fertigung eignet. Bislang wurden fast 20 Tonnen Material verarbeitet. Eine Lebenszyklusanalyse zeigt, dass dieses Verfahren den Energieverbrauch und die CO₂-Emissionen im Vergleich zur herkömmlichen Nickelbasislegierungsproduktion um mehr als 90 % reduziert. Continuum Powders hat in den letzten fünf Monaten des Jahres 2024 16.182 Kilogramm Nickelabfälle aus den Turbinenserviceanlagen von Siemens Energy gewonnen und mittels Plasmazerstäubung zu industrietauglichem Metallpulver verarbeitet. Siemens Energy prüft derzeit die Wiedereingliederung dieses recycelten Pulvers in die eigenen Produktionsprozesse. Das Preismodell für Hochtemperatur-Legierungsschrott ändert sich von „basierend auf dem Metallgehalt“ zu „basierend auf der Rückgewinnungsleistung des Pulvers“.
Anzeichen für eine Kommerzialisierung im Chloralkali- Sektor ergeben sich aus der Implementierung unternehmensübergreifender Kreislaufsysteme. Das Gemeinschaftsprojekt von Asahi Kasei, Nobian, Furuya Metal und Mastermelt befindet sich in der Demonstrationsphase; das Kernproblem ist nicht Nickel an sich, sondern die Tatsache, dass die wirtschaftliche Rentabilität des Ruthenium- und Iridium-Recyclings nicht ausreicht, um den kontinuierlichen Betrieb des gesamten Elektroden-Kreislaufsystems zu gewährleisten.
Die Unterscheidung zwischen Wasseraufbereitung und Galvanisierung erfolgt auf Produktebene: Projekte, die sich auf die „Abfallbehandlung und Rohmetallrückgewinnung“ beschränken, arbeiten mit Entsorgungsgebühren zuzüglich Metallpreisdifferenzen, während Projekte, die zu galvanisierbarem oder batterietauglichem Nickelsulfat übergehen, ihre Gewinnmargen anhand der Produktreinheit definieren. Letzteres erfordert zwar ein höheres Kapital, bietet aber auch eine stärkere Kundenbindung.
Für die kommerzielle Nutzung von Elektrolysezellen gibt es zwei Ansätze: das Recycling der gesamten Zelle oder deren Demontage zur gezielten Rückgewinnung bestimmter Materialien. Die vollständige Demontage von Elektrolysezellen zum Recycling erzielt in der Regel einen höheren Preis! DONGSHENG Precious Metals Recycling bietet Preise für Titan- und Nickelschrott aus Elektrolysezellen, die 15 % über dem Marktpreis liegen.
Im Bereich der Wasserstoffproduktion hat das geschlossene Verfahren „recyceltes Nickel → Wasserstoffproduktionskatalysator“ die Machbarkeitsstudien und Demonstrationen im Kilogramm-Maßstab erfolgreich abgeschlossen. Bislang hat sich jedoch noch kein unabhängiges Unternehmen etabliert, das auf recycelten Nickel basierende Wasserstoffproduktionskatalysatoren als Kernprodukt anbietet. Ein realistischerer kurzfristiger Ansatz ist die Integration in bestehende Anlagen zur Abwasserbehandlung von Galvanikbetrieben und Dienstleister für das Elektrolyseur-Recycling: Galvanikunternehmen übergeben ihr nickelhaltiges Abwasser an spezialisierte Recyclingunternehmen, die daraus Nickel-basierte Katalysatorvorprodukte herstellen und diese anschließend an Hersteller von Katalysatoren oder Elektroden für die Wasserelektrolyse verkaufen.
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