Die steigende Nachfrage nach großen Lithium-Ionen-Batterien für den Verkehrs- und Energiesektor führt zu einem sehr schnell ansteigenden Bedarf an Rohstoffen. Manche werden von der Europäischen Union als kritisch eingestuft, etwa Kobalt, Lithium und Naturgrafit. Mit den heute verfügbaren Recyclingverfahren würden allerdings bislang nur einige Metalle zurückgewonnen, teilte das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) in einer Presseerklärung mit. Lithium werde überhaupt nicht recycelt.
Damit künftig bei der Rohstoffversorgung keine Engpässe und Preisrisiken entstehen, prüft das ZSW in dem neuen Projekt RecycleMat, wie sich Batterieelektroden wiederaufarbeiten lassen, so dass Materialien möglichst vollständig rückgewonnen und direkt als Rohstoff für die Herstellung neuer Elektrodenmassen eingesetzt werden können, teilte das Forschungsinstitut mit. Das baden-württembergische Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau fördert die Studie über zwei Jahre mit 870.000 Euro.
Material- und Energiebedarf für neue Zellen erheblich reduzieren
"Hochwertiges Recycling ist eine Schlüsselkompetenz für den Industriestandort Baden-Württemberg. Nachhaltige und wettbewerbsfähige Wertschöpfungsketten müssen in Zukunft auch eine optimale Verwertung von Produkten am Ende der Nutzungsphase berücksichtigen", wird Wirtschaftsministerin Nicole Hoffmeister-Kraut zitiert.
"Der künftige Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge und zur kurzzeitigen Ökostromspeicherung wird enorm sein", erklärte. Margret Wohlfahrt-Mehrens, kommissarische Leiterin der Batterieforschung am ZSW in Ulm. Die Entwicklung eines Recyclingkonzepts, mit dem Rohstoffe in ausgedienten Batterien möglichst vollständig rückgewonnen werden, könne entscheidend zu einer nachhaltigen Rohstoffversorgung führen und den Material- und Energiebedarf für neue Zellen erheblich reduzieren.
Batterie-Rohstoffe recyceln reduziert Abhängigkeiten
Als Kathodenmaterial werden derzeit Übergangsmetall-Schichtoxide eingesetzt, die mehr als 10 Prozent Kobalt enthalten. Kobalt werde in vielen Fällen unter nicht optimalen Arbeits- und Umweltbedingungen abgebaut, so das ZSW. Etwa im Kongo, wo sich rund die Hälfte der weltweiten Vorräte befinden. Große Teile der Lithiumvorkommen, rund 75 Prozent, liegen in Südamerika.
Diese Stoffe sowie Naturgrafit für die Anoden der Zellen werden in Deutschland als kritische Rohstoffe mit hohen Liefer- und Preisrisiken eingestuft. Durch die Wiedergewinnung der Elektrodenmaterialien aus ausgedienten Batterien, sogenannten End-of-Life-Zellen, können Abhängigkeiten heimischer Zellhersteller von internationalen Rohstoffketten verringert werden, so das ZSW.
Bisher nur eine geringe Menge an zurückgewonnenen Wertstoffen
Für das Recycling von Wertstoffen aus Lithiumbatterien gibt es unterschiedliche Prozesse und Anlagenkonzepte. Stand der Technik für großtechnische Verfahren ist laut das ZSW das Einschmelzen kompletter Batterien oder Zellen mit nachfolgender aufwändiger Aufbereitung der Schmelz- und Schlackenprodukte. Recyclingunternehmen nutzten diese Verfahren kommerziell.
Die Hochtemperaturprozesse führten jedoch durch die Schlackenbildung zu Verlusten an Wertmetallen wie Kobalt, Nickel und Kupfer. Ebenso würden Komponenten wie Lithium, Mangan oder Aluminium nicht zurückgewonnen. Auch eine Reihe alternativer Verfahren, die über mehrere Hochtemperaturprozesse laufen oder mit hydrometallurgischen Prozessen gekoppelt sind, lieferten nur eine relativ geringe Ausbeute an Wertstoffen, so das ZSW.
Auch Lithium wiederaufbereiten
Die geplante Machbarkeitsstudie " Kathoden- und Anodenmaterialien aus recycelten Lithium-Ionen-Batterien (RecycleMat)" soll einen effizienteren Recyclingprozess beschreiben, der unter anderem auch Lithium, Nickel, Kobalt und Naturgrafit aus ausgemusterten Batterieelektroden wiederaufbereitet, heißt es in der Pressemitteilung.
Mit dem Projekt untersuchten die Wissenschaftler des ZSW in Ulm, wie Komponenten aus Altbatterien herausgelöst und das Elektrodenmaterial so aufbereitet werden könne dass es direkt in neuen Lithium-Ionen-Batterien oder als Zwischenprodukt für die Batteriematerialsynthese wiederverwendet werden kann. Hierzu sollen die Komponenten mit geringem Energieaufwand aus gebrauchten Batterien oder aus Produktionsabfällen bei der Zellherstellung mechanisch separiert, gereinigt und die Aktivmaterialien thermochemisch nachbehandelt werden. (hcn)
