Blitze im Wasser: wie die Hochspannungspuls-Fragmentierung funktioniert

Wie funktioniert die High-Voltage-Pulse-Technologie? Es ist eine der Fragen, die wir am häufigsten hören. Hier ist die ausführlichere Antwort.

Eine Entladung, die durch das Material selbst wandert

Der sichtbare Teil unserer Arbeit im Centro Uno ist industriell. Kehrichtschlacke aus Kehrichtverbrennungsanlagen geht auf der einen Seite in den Prozess, zurückgewonnene Metalle und Mineralien kommen auf der anderen Seite heraus. Die interessante Frage ist, was dazwischen passiert.

Der Kernprozess heisst Hochspannungspuls-Fragmentierung, englisch High Voltage Pulse oder kurz HVP. In der Fachliteratur ist er auch als elektrodynamische Fragmentierung bekannt.

Das Prinzip: Zwischen zwei oder mehr Elektroden wird durch Hochspannungspulse ein starkes elektrisches Feld erzeugt. In unserem Prozess werden Pulse von rund 200'000 Volt an eine wassergefüllte Kammer angelegt, in der die Kehrichtschlacke suspendiert ist.

Unter normalen Bedingungen ist Wasser leitfähig genug, dass man erwarten würde, die elektrische Entladung erfolge durch das Wasser. Bei sehr hoher Spannung und Puls-Anstiegszeiten von nur wenigen hundert Nanosekunden verhält sich Wasser jedoch kontraintuitiv: Unter diesen Kurzpuls-Bedingungen kann Wasser ein besserer Isolator sein als das darin eingetauchte feste Material. Die Entladung breitet sich deshalb bevorzugt durch das Material selbst aus.

Von den Elektroden aus wachsen winzige elektrische Kanäle, sogenannte Streamer. Sie entwickeln sich bevorzugt dort, wo das elektrische Feld lokal verstärkt ist – etwa an Phasengrenzen, Korngrenzen, Einschlüssen oder unterschiedlichen Metallpartikeln im Material. Überbrücken die Streamer den Spalt und durchdringen das Material, kommt es zur vollständigen elektrischen Entladung. In diesem Moment entsteht ein Plasmakanal. Dessen schlagartige Ausdehnung und der anschliessende Kollaps erzeugen starke Schockwellen im und um das Material. Diese Schockwellen brechen das Material überwiegend entlang bestehender Schwachstellen wie Korngrenzen und Grenzflächen auf. Das Ergebnis ist ein hochselektiver Fragmentierungsprozess: Statt einfach alles kleinzudrücken, hilft HVP, die verschiedenen Komponenten voneinander zu lösen, ohne sie zu übermahlen.

Warum «entlang der Korngrenzen» entscheidend ist

Ein mechanischer Brecher zerkleinert Material hauptsächlich durch Kraft. Er zerdrückt es als Ganzes, unabhängig von der inneren Struktur. Ein Kupferstück, das in einer Mineralmatrix eingeschlossen ist, wird unter Umständen mitsamt dem umgebenden Mineral pulverisiert.

HVP arbeitet anders. Weil es entlang der Korngrenzen trennt, separiert es, was ohnehin trennbar ist. Ein Kupfereinschluss wird als verwertbares Kupfer freigelegt. Eine Mineralfraktion lässt sich sauberer abtrennen. Ein Eisenpartikel behält seine nützlichen Eigenschaften. Der Prozess hinterlässt saubere Materialien mit minimalen Rückständen.

Deshalb arbeitet die nachgelagerte Sortierung effizienter und erreicht höhere Materialqualitäten als Standardverfahren. Genau das macht die industrielle Metallrückgewinnung aus Kehrichtschlacke wirtschaftlich und technisch tragfähig.

Vom Bergbau zu Waste-to-Value

Die Technologie begann nicht mit Kehrichtschlacke. Die HVP-Fragmentierung wurde ursprünglich entwickelt, um Prozesse im Erzbergbau zu verbessern – insbesondere bei Silizium, wo der Erhalt der Kristallstruktur entscheidend war. Nach Tests mit verschiedenen Erzen wurde klar, dass auch Kehrichtschlacke wertvolle Metalle und mineralische Komponenten enthält. Statt sie nur als Abfall zu behandeln, kann man sie als Sekundärrohstoff nutzen. Das Recyclingpotenzial und der Umweltnutzen wurden zu zusätzlichen Treibern der Weiterentwicklung. Selfrag nahm die zugrunde liegende Physik und baute einen industriellen Prozess um einen anderen Inputstrom als der Bergbau: Kehrichtschlacke aus Schweizer Kehrichtverbrennungsanlagen.

Centro Uno in Full-Reuenthal läuft seit 2023 im kommerziellen Betrieb. Centro Due in Kerzers ist im Bau, die Inbetriebnahme ist für Q4 2026 geplant. Die industrielle Anwendung ist durch Patente geschützt. Das wasserbasierte Kreislaufdesign, die mehrstufige Sortierung nach der Fragmentierung und die Integration in die Schweizer KVA-Infrastruktur sind proprietär.

Was herauskommt

Pro Tonne Kehrichtschlacke, die in den Prozess geht, teilen sich die zurückgewonnenen Fraktionen typischerweise auf in Eisen- und Nichteisenmetalle wie Aluminium und Kupfer, Edelmetalle wie Gold und Silber sowie eine saubere Mineralfraktion für die weitere Verwendung. Die zurückgewonnenen Materialien fliessen in die Wirtschaft zurück und ersetzen Primärmaterial. Die Mineralfraktion kann – je nach Qualität und Anforderungen – an die Zementindustrie geliefert werden. Als Faustregel gilt: Rund die Hälfte der Inputmasse kann den Prozess als zurückgewonnenes Material mit definiertem Verwertungsweg verlassen.

Eine ältere Technologie, eine neuere Methodik

HVP ist der Motor. Die Technologie gewinnt seit Jahren im industriellen Massstab Metalle zurück – lange bevor diese Arbeit in verifizierbare CO₂-Zertifikate übersetzt wurde.

Dazugekommen ist alles, was aus den vermiedenen Emissionen ein Zertifikat macht, für das ein seriöser Käufer bezahlen kann: Massenbilanz-Audits. Emissionsbilanzierung gegen die passenden Industrie-Baselines. Mineralogische Rückverfolgbarkeit. Unabhängige akademische und technische Prüfung. Das ist ein separates, vierjähriges Stück Arbeit, das auf der Technologie aufsetzt – nicht umgekehrt.

Die Technologie beantwortet die Frage, was physikalisch möglich ist. Die Methodik beantwortet die Frage, wofür ein seriöser Käufer im Jahr 2026 vertretbar bezahlen kann. Beides muss zusammenspielen, damit CO₂-Zertifikate im industriellen Massstab Bestand haben.