Eine alte Leiterplatte sieht auf den ersten Blick nach einem kleinen Stück Elektronikschrott aus. Für einen Recycler kann sie aber Kupfer, Gold oder Tantal enthalten. Wie viel davon tatsächlich in den Bauteilen steckt, unterscheidet sich von Platine zu Platine. Genau das macht die Entscheidung schwierig, welche Teile sich gezielt ausbauen und getrennt verwerten lassen.
Ein Forschungsansatz des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen will diese Entscheidung mit Röntgenbildern unterstützen. Das Projekt PCBcycle erfasst Leiterplatten auf einem Förderband, erkennt Bauteile per Software und schätzt daraus ihren Materialwert. Der entscheidende Punkt: Das System soll eine Sortierentscheidung vorbereiten. Es gewinnt die Metalle selbst noch nicht zurück.
Warum der Wert nicht auf der Platine steht
Leiterplatten verbinden elektronische Bauteile miteinander. Auf ihnen sitzen zum Beispiel integrierte Schaltungen, Stecker und Kondensatoren. Hinter ähnlich aussehenden Komponenten können unterschiedliche Materialien und Mengen stecken. Auch die Bestückung unterscheidet sich: Eine Platine mit vielen wertvollen Kontakten muss nicht denselben Materialwert haben wie eine andere mit ähnlicher Größe.
Für die Verwertung ist das relevant, weil nicht allein der Rohstoffpreis zählt. Wer ein Bauteil einzeln ausbaut, muss dafür Zeit und Technik einsetzen. Eine Schätzung kann helfen, besonders interessante Platinen zu erkennen und zu entscheiden, ob eine gezieltere Behandlung wirtschaftlich erscheint. Bleibt der Wert unbekannt, wird eine größere Menge laut Fraunhofer bislang manuell vorsortiert und anhand von Stichproben bewertet.
Das ist ein Blick auf die gesamte Charge, keine genaue Analyse jeder einzelnen Platine. Eine automatisierte Bewertung setzt früher an: Sie versucht, Informationen über die einzelnen Stücke zu sammeln, bevor sie gemeinsam weiterverarbeitet werden.
Was die Strahlen sichtbar machen
Im PCBcycle-Aufbau fährt die Leiterplatte durch ein Röntgensystem, das Aufnahmen mit zwei Energiebereichen erzeugt. Unterschiedliche Bauteile schwächen die Strahlung unterschiedlich. Das Ergebnis sind Bilder, in denen Strukturen im Inneren sichtbar werden. Ein trainiertes neuronales Netz sucht darin nach bestimmten Klassen von Komponenten und markiert ihre Positionen.
Fraunhofer nennt unter anderem integrierte Schaltungen, Steckverbinder und bestimmte Kondensatoren. Das Verfahren betrachtet damit einzelne Gegenstände auf der Platine, statt nur ihre Gesamtmasse zu bewerten. Ein Vorteil des Röntgenbilds: Es kann Bauteile auf Vorder- und Rückseite gleichzeitig sichtbar machen. Eine Kamera mit sichtbarem Licht sieht jeweils nur die zugewandte Oberfläche.
Eine Kamera bleibt trotzdem eine mögliche Informationsquelle. Nach Angaben des Instituts erreichten die untersuchten Ansätze mit RGB-Bildern und Röntgenbildern vergleichbare Ergebnisse bei der Bauteilerkennung. Das Röntgenverfahren bietet zusätzlich den Blick durch die Platine und ist laut Institut in staubiger Umgebung robuster. Daraus folgt aber keine allgemeine Aussage, dass jede Röntgenanlage für jede Recyclinganlage wirtschaftlicher wäre.
Von der Erkennung zur Schätzung
Ein markierter Chip verrät noch nicht von selbst, wie viele Gramm eines Metalls er enthält. Das Modell braucht Vergleichsdaten. Die Forschenden untersuchten dafür Beispiele aus Bauteilklassen chemisch und verwendeten weitere Referenzwerte. Aus Klasse und Größe eines erkannten Bauteils sowie einem anpassbaren Preismodell lässt sich anschließend ein geschätzter Wert berechnen.
Man kann sich das wie eine Schätzung für eine Kiste gemischter Schrauben vorstellen: Wer Arten und Größen kennt, kann den Inhalt besser einordnen als allein anhand des Gewichts. Trotzdem muss die einzelne Schraube nicht exakt dem Durchschnitt ihrer Gruppe entsprechen. Bei Leiterplatten gilt dieselbe Einschränkung für die Modellannahmen: Eine Klassenkennung ist keine direkte chemische Einzelmessung.
Die Veröffentlichung zum Forschungsaufbau von 2022 beschreibt die Datenbasis. Im Labor wurden 104 Leiterplatten erfasst; für die Auswertung nutzte das Team 77 mit konsistenter Beschriftung. Untersucht wurden vier Klassen, darunter integrierte Schaltungen, Steckverbinder und Tantalkondensatoren. Die Ergebnisse beziehen sich auf diese Versuchsanordnung und sind keine garantierte Erkennungsrate für beliebigen Elektroschrott.
Warum Erkennen allein nicht reicht
Nach der Bewertung bleiben praktische Schritte. Bauteile müssen gegebenenfalls ausgebaut, Materialströme getrennt und Metalle anschließend mit geeigneten Verfahren zurückgewonnen werden. Eine gute Sortierung kann die Entscheidung für diese Schritte verbessern, ersetzt sie aber nicht. Auch ungenutzte oder nicht erkannte Bestandteile müssen in der weiteren Verarbeitung berücksichtigt werden.
Eine unabhängige Forschungsarbeit zum Leiterplattenrecycling beschreibt den Zielkonflikt: Zusammensetzung und Konzentration wertvoller Elemente schwanken, während zusätzliche Demontage und Sortierung Aufwand verursachen. Optisch ähnliche Bauteile können verschieden zusammengesetzt sein. Für die Wahl eines Verfahrens zählen daher neben der Erkennung auch Durchsatz, tatsächliche Zusammensetzung und Kosten der folgenden Schritte.
Die Röntgenaufnahme macht den Wert einer Leiterplatte also nicht unmittelbar sichtbar. Sie liefert ein genaueres Bild der bestückten Komponenten. Wie nützlich die daraus berechnete Schätzung in einer konkreten Anlage ist, hängt davon ab, wie gut die Referenzdaten zu deren Materialstrom passen und welche Verwertung danach möglich ist.
Quellen
- Fraunhofer IIS: PCBcycle
- Firsching und andere: Material Value Estimation for Recycling of Waste Printed Circuit Boards, 2022
- Charpentier und andere: Printed circuit board recycling, Comptes Rendus Chimie
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