Wie zwei Start-ups am Recycling von E-Auto-Akkus arbeiten

Wie zwei Start-ups am Recycling von E-Auto-Akkus arbeiten

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In jedem Smartphone und Tablet, in etlichen anderen Haushaltsgeräten und immer mehr auch in Pkw sind Lithium-Ionen-Batterien zu finden. Bei E-Autos zeigt sich mit den Akkus ein entscheidender Vorteil gegenüber der Verbrenner-Technologie: Während der unserem Planeten mühsam abgerungene fossile Treibstoff für immer verloren ist, nachdem er die Brennkammer eines Verbrenners passiert hat, können die Materialen aus E-Auto-Akkus nach deren Lebensdauer wieder recycelt werden, mit einer Recyclingquote von deutlich mehr als 90 Prozent. Schon jetzt sind Unternehmen und Wissenschaftler auf der Suche nach Wegen, um möglichst viel der kostbaren Materialien aus alten Batterien wiederverwenden zu können.

Ein Unterfangen, das nicht nur nachhaltig, sondern auch finanziell äußerst attraktiv ist. Schließlich sind die Rohstoffe für E-Auto-Akkus heiß begehrt – und teuer. Der Markt für das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien soll nach Schätzungen von Statista bis 2030 einen jährlichen Wert von 18 Milliarden US-Dollar betragen, etwa 14,8 Milliarden Euro. Zum Vergleich: Im Jahr 2019 lag dieser Wert noch bei 1,5 Milliarden US-Dollar, etwa 1,2 Milliarden Euro. Mehrere Unternehmen sehen hier eine Gelegenheit, die fragile und problematische Lieferkette von heute durch ein „kreisförmiges“ System zu ersetzen, bei dem die nächste Generation von Batterien aus den Materialien der letzten Generation besteht – die vielzitierte Kreislaufwirtschaft.

Eines dieser Unternehmen ist das Start-up Redwood Materials aus den USA, gegründet vom einstigen Tesla-Mitgründer JB Straubel. Während der 16 Jahre, die bei Tesla arbeitete, erkannte Straubel, dass es noch keinen Plan gab, die Autos am Ende ihrer Lebensdauer wiederzuverwerten. Und im Gegensatz zu einem ausgedienten Telefon kann eine gut eine halbe Tonne schwere Autobatterie nicht irgendwo in einer Ramschschublade rumliegen. Die meisten Elektroautos sind derzeit zwar noch in ihren besten Jahren. Aber der Markt fürs Batterierecycling wird stark anziehen, wenn die ersten Elektroautos in den kommenden gut fünf Jahren in den Ruhestand gehen.

Seit dem Start im Jahr 2017 bereitet sich Redwood Materials auf diese Rückläufer-Welle vor. Die beiden Einrichtungen des Start-ups in Carson City verwerten derzeit alle Abfälle und defekten Batterien, die aus der nahe gelegenen Tesla Gigafactory stammen, welche der E-Auto-Pionier gemeinsam mit Panasonic betreibt. Allein der Schrott von Panasonic liefert jährlich etwa ein Gigawatt an Material. Gut ein Dutzend weiterer Partner liefert in ähnlichem Umfang zu, was insgesamt gut 20.000 Tonnen Material pro Jahr entspricht. Vor Kurzem hat Redwood Materials auch eine Partnerschaft mit dem Versandriesen Amazon geschlossen, um Batterien des Einzelhandelsgiganten zu entsorgen.

Redwood Materials schafft es mit seinen Verfahren, gut 95 bis 98 Prozent der Rohstoffe Nickel, Kobalt, Aluminium und Graphit wiederzugewinnen. Bei Lithium liegt die Quote zwar niedriger, aber immerhin bei mehr als 80 Prozent. Ein Großteil dieser Materialien werde wieder an Panasonic verkauft, um neue Batterien für Tesla herzustellen.

Auch das Unternehmen Li-Cycle hat sich ganz dem Recycling von Batterien verschrieben und arbeitet seit 2016 daran. Aktuell habe das Start-up eine Recycling-Quote von gut 90 bis 95 Prozent, auch beim eher schwer zu extrahierenden Lithium. Das Unternehmen verfügt derzeit über zwei Standorte, einer in Ontario (Kanada) und einer in Rochester (New York), an denen jedes Jahr insgesamt 10.000 Tonnen Lithium-Ionen-Batterien verwertet werden können.

Ab Ende 2022 will Li-Cycle bereits 65.000 Tonnen Batterien verwerten. Bei seiner Strategie setzt das Unternehmen auf ein „Hub and Spoke“-System. Der Transport von Batterien gilt als gefährlich. Li-Cycle will dies umgehen, indem es mehrere Spokes aufbauen will, wo ausgediente Batterien zunächst in ihre Einzelteile zerlegt und geschreddert werden. Diese können dann wesentlich sicherer transportiert werden, als komplette Akkus. In zentralen Hubs schließlich sollen die geschredderten Materialen weiterverarbeitet und ihre einzelnen Bestandteile sortiert werden. Wie Redwood Materials hofft das Unternehmen, so schnell wie möglich zu expandieren. Und kann es kaum erwarten, bis mehr alte Batterien zu haben sind.

Quelle: CNBC – Amazon, Panasonic, and recycling start-ups prepare for battery wave tsunami

Über den Autor

Michael ist freier Autor und hat stets das große Ganze im Blick: Darum schreibt er nicht nur über E-Autos, sondern auch andere Arten fossilfreier Mobilität sowie über erneuerbare Energien und Nachhaltigkeit im Allgemeinen.

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Es gibt leider immer noch Leute, die behaupten, dass alte Akkus in der Müllverbrennung landen. Es wird Zeit, dass das Recycling in den Köpfen der Petrolheads ankommt. Verbrannt wird in erster Linie wertvolles Rohöl, das in Zukunft immer teurer und knapper wird, und für wichtigere Dinge gebraucht wird. Öl zu verbrennen ist genau genommen ein Verbrechen an der Umwelt.

Zu diesem Thema empfehle ich Ihnen folgende Artikel:
https://www.faz.net/aktuell/technik-motor/technik/so-werden-lithium-ionen-akkus-recycelt-16454686.html
https://www.recovery-worldwide.com/de/artikel/recyclingkette-fuer-lithium-ionen-altbatterien_3472821.html

Wird der Hochofenprozess angewendet, kommt dies im Effekt leider einer Müllverbrennung gleich.
Wenn die dabei entstehende Schlacke im Strassenbau verwendet wird, noch schlimmer.
Der Graphit stammt heute aus dem Bergbau, was der Verbrennung von Kohle gleich kommt.
Daher sollte eine solche Entsorgungsmethode unbedingt vermieden werden.

Die Batterien werden in Zukunft, wenn die Autos länger halten, zu einem normalen Ersatzteil.

Also nach 10 Jahren oder mehr im Auto werden sie weitere 10 Jahre oder mehr zu stationären Speichern in Gebäuden, danach zum Recycling, um daraus wieder eine Batterie bzw. Ersatzbatterie fürs E-Auto zu machen.

In Zukunft werden die Batterien fürs E-Auto viel günstiger, so dass ein Batteriewechsel nicht viel Geld kostet, in etwa vergleichbar mit einen Satz neuer Reifen.

Die Hersteller sollten Batteriewechsel bei der E-Auto-Konstruktion mit einplanen, damit das E-Auto nach 10 Jahre oder mehr kein Fall für den Schrottplatz wird, sondern nach Batteriewechsel weiter genutzt wird.

So wie sich die Entwicklungen der Batterien abzeichnet, wird man das Auto nach 15 Jahren verschrotten und die Batterie teuer verkaufen. Die Lebensdauer der Batterien nehmen ja ständig zu.

Wenn dann irgendwann in naher Zukunft alle 10 Jahre alte BEVs mit neuer Batterie fahren, was wird dann aus der Autoindustrie?

Ein paar freie Gedanken zu diesem Thema:

Zuerst mal eine Betrachtung mit der Verwendung einer Grösse aus der Thermodynamik.
Die Entropie beschreibt das Mass der Unordnung eines Systems. Bei einem Verbrennungskraft prozess wird eine hochkonzentrierte Energieform (Treibstoff) mit Sauerstoff verbrannt. Daraus entstehen Brenngase, deren Energie durch einen Kolben oder Turbine teilweise in Arbeit umgewandelt wird. Zurück bleibt ein Abgas bei niederem Druck und niederer Temperatur. Die Entropie steigt, damit auch die Verteilung der Energie. Der Nutzen der verbleibenden Energie wäre deutlich höher, wäre sie in einem kleineren Raum verteilt. Um die Entropie zu senken, zum Beispiel durch eine Kompression, wäre wieder Energie notwendig.

Dieses Prinzip lässt sich auch ganz leicht auf Rohstoffe übertragen.
In einer Batterie sind Metalle, Metallsalze und andere Feststoffe wie Graphit in kleinem Raum dicht verpackt. Um dies zu erreichen, muss Energie aufgewendet werden. Es beginnt beim Bergbau, geht weiter mit der Herauslösung des Metalls aus dem Erz, dem Transport in die Fabrik und dem Zusammenbau der Batterie. Damit wird die Entropie der Stoffe stark gesenkt.

In Bezug auf die Materialien kann man noch einen Schritt weiter gehen.
Nebst der Verteilung sollte auch die Einfachheit der Suche noch einbezogen werden. Was bringt es, irgendwo in der Erdoberfläche konzentrierte Erzklumpen zu haben, deren Ort nur sehr schwierig lokalisierbar ist? Auch wenn ein Feststoff oder eine Flüssigkeit dichter sind als ein Gas, sind in Wasser gelöste Stoffe und Gase am leichtesten zu gewinnen, da ihre Konzentrationen aufgrund der Diffusion in einem grossen Volumen recht uniform sind. Für die Gewinnung von Metallen, Salze und andere Feststoffe werden ganze Landschaften aufgerissen, um ein paar Prozent der umgewälzten Masse zu verwenden. Die nachhaltigsten Lösungen wären also diejenigen, bei denen Stoffe aus dem Meer und der Luft gewonnen werden können.

Was heisst dies nun für Batterien?

  • am besten wäre es, sich hauptsächlich auf Natrium, Wasserstoff-, Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen zu konzentrieren. Eisen und Aluminium recht häufig, daher auch noch akzeptabel. Die nachhaltige Batterie würde also aus diesen Elementen bestehen.
  • Der Graphit in den Batterien sollte nicht aus dem Bergbau gewonnen werden, zumal er heute z.B. bei Umicore in Hochöfen als Treibstoff für den Entsorgungsprozess verwendet wird. Besser wäre es, CO2 aus der Luft zu holen und mit erneuerbarer Energie den Kohlenstoff herauszureagieren.
  • Metallsalze sollten nicht wie heute bei der Entsorgung als Schlacke z.B. für den Strassenbau verwendet werden. Wer weiss in 50 Jahren noch, dass im Unterbau einer Strasse ein potentielles Rohstoffdepot schlummert?

Noch zur Verbrennung von Erdölprodukten (Treibstoff, Kohlefasern, Elektrolytflüssigkeiten, …):
Die Bemerkung ist aus meiner Sicht falsch, dass das Erdöl damit für immer verloren ist. Die Substanzen werden zu CO2 und Wasser verbrannt, welche mit einem Energieaufwand in Syntheseprozessen wieder in solche Substanzen zurückverwandelt werden können. Da das Wasser und das CO2 in einem Kreislauf stehen, stehen sie für weitere Verwendungszyklen wieder zur Verfügung. Metalle, insbesondere seltene Erden und Edelmetalle, verschwinden dagegen bei einer Einschmelzung und Deponierung in irgendeiner Art in einem Materialhaufen, dem von aussen nicht mehr angesehen werden kann, was drin steckt. Beispielsweise werden die Rotoren von Permanentmagnet-Elektromotoren eingeschmolzen und in Baustahl weiterverwendet. Das Neodym und Dysprosium der Rotoren sind dann in irgendwelchen Metallträgern von Gebäuden, Armierungseisen, Autokarosserien etc. verteilt. Diese beiden Stoffe müssten dann unter grösstem Aufwand extrahiert werden. Dann müsste man noch wissen, welche Stahlteile man in einer Recycling-Anlage auf Gehalte von seltenen Metallen kontrollieren müsste.

Wenn man etwas für die Umwelt tun wollte, sollte man

  • generell die Rezyklierfähigkeit von Materialien über die Leistungsfähigkeit des Produkts stellen
  • eine sehr detaillierte Materialkennzeichnung einführen
  • die Materialtrennung weiter vorantreiben
  • geeignete Reyclingmethoden mit Hochdruck entwickeln

Beim heutigen Abfallmanagement und den mafiösen Strukturen im Entsorgungswesen frage ich mich häufig, ob wir mit der zunehmenden Verwendung von Elektronik und Batterien in immer mehr Geräten uns nicht auf eine gewaltige Umwelt- und Ressourcenkatastrophe zusteuern, die der Treibhausgasproblematik in nichts nachsteht.

Tja.Raphael, leider noch viele ungelösten Probleme, wo man noch nicht richtig hinter die echte Verwertung der alten Akkus hinsieht. Am besten müssten die E Autohersteller selber belegen können, wie dies bei ihnen geschieht. Jede Batterie ist ohnhin anders. Möglichst ohne grosse Transporte. Renault beginnt dies vorerst im Stammhaus. Die ganz Grossen sollten es aber auch regional machen , da wo die grössten Stückzahlen abgesetzt werden.

Bitte beachten Sie,dass das ß aus der Rechtschreibung nicht verbannt wurde!! Nur bei vorherigem kurzen Vokal folgt ein „ss“.Also Fass und Fuß!
Vielen Dank

Danke für Dein Post. Genau meine Sichtweise.

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