Lithium-Ionen-Batterien sind eine Schlüsseltechnologie, nicht nur für Elektroautos, sondern auch für die Energiewende. Die große und mit dem Erfolg der Elektromobilität weiter steigende Verbreitung dieser Energiespeicher führt zu einem hohen Aufkommen an ausgemusterten Akkus, die eine wertvolle Rohstoffquelle sind. Aktuell werden für gebrauchte Batterien und Produktionsabfälle aus der Batteriefertigung energieintensive metallurgische Recyclingmethoden eingesetzt. Damit können allerdings nur elementare Metalle zurückgewonnen werden. Die Wertschöpfung beruht deshalb meist nur auf den Rohstoffen Nickel, Kobalt oder Mangan.
Wertvoller und ressourceneffizienter wäre eine Rückgewinnung der eigentlichen Batteriematerialien, die bereits mit hohem Aufwand aus den Grundelementen hergestellt wurden, beispielsweise hochwertige Lithium-Metalloxide oder bisher gar nicht recyclingfähige Kohlenstoffverbindungen. Das würde Energie und Kosten sparen und wertvolle Ressourcen wie Lithium nachhaltig sichern.
In einigen Projekten, wie etwa NEW-BAT der Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS, arbeiten Wissenschaftler und Ingenieure aus Forschung und Industrie an neuen Verfahren, mit dem genau diese wertvollen Batteriematerialien komplett aus den Altbatterien zurückgewonnen und so aufbereitet werden, dass sie direkt wieder in neuen Batterien eingesetzt werden können.
Intelligent zerkleinern statt ziellos zerschreddern
Das Kernstück des neuen Recyclingprozesses ist die elektrohydraulische Zerkleinerung mit Hilfe von Schockwellen. Bei diesem Verfahren wird das zu zerkleinernde Material in ein flüssiges Medium eingebracht, zum Beispiel Wasser. Über elektrische Entladung werden Schockwellen freigesetzt, die durch das Medium Wasser sehr gleichmäßig an das Material weitergegeben werden.
Damit ist es möglich, die Stoffverbindungen quasi berührungsfrei an den Materialgrenzen aufzuspalten und so eine einfache und schonende Separation der Komponenten zu erreichen. Das Materialgemisch aus den verschiedenen Batteriekomponenten – Kathode, Anode, Elektrolyt, Separator sowie Zell- und Batteriegehäuse – kann danach effizienten Trennverfahren unterzogen werden. Um möglichst reines Batteriematerial zu erhalten, werden Verfahren eingesetzt, die sowohl physikalische Eigenschaften, wie unterschiedliche Korngröße und Dichte, als auch die unterschiedliche chemische Zusammensetzung der Materialien zur Separation nutzen.
Das Verfahren ist besonders energieeffizient, da im Gegensatz zu metallurgischen Prozessen keine hohen Temperaturen benötig werden, und kann für Produktionsausschüsse sowie für Altprodukte eingesetzt werden.
Bis zu 95 Prozent Lithium recycelt
Auch im Projekt LithoRec konnte ein Verfahren entwickelt werden, in welchem 85 bis über 95 Prozent des Lithiums wiedergewonnen werden kann. Ein weiterer Vorteil des „LithoRec-Prozesses“ ist, dass die zurückgewonnenen Materialien bei mechanischer Aufbereitung Batteriequalität aufweisen und somit ein geschlossener Kreislauf der strategisch wichtigen Batterierohstoffe erfolgen kann.
Damit das Recycling von Elektroauto-Batterien wirtschaftlich wird, braucht es vor allem mehr Material. Und das ist erst dann in großen Mengen verfügbar, wenn die ersten Akkus aus der Massenproduktion von Elektroautos am Ende ihrer Lebenszeit sind. Dies tritt nach etwa acht bis zehn Jahren ein. Es dauert also noch mindestens bis Mitte des kommenden Jahrzehnts, bis das Akku-Recycling ökonomisch zu betreiben ist. Dann allerdings könnte es sein, dass eine völlig andere Batterietechnologie die vorherrschende ist – für welche dann wiederum andere Recycling-Methoden gefunden werden müssten.
Quellen: Mobility Mag – Elektroautos: So wird die Batterie recycelt // Fraunhofer – Effiziente Wiederverwertung von Lithium-Ionen-Batterien // Technische Universität Braunschweig – LithoRec – Recycling von Lithium-Ionen-Batterien
