Batterierecycling kommt langsam in die Gänge

Mit steigenden Zulassungszahlen von Elektrofahrzeugen gewinnen eine nachhaltige Herstellung und das Recycling von Traktionsbatterien massiv an Bedeutung. Vor diesem Hintergrund müssen die Prozesse für die Zellherstellung umweltfreundlich gestaltet und Batteriematerialien so effizient wie möglich zurückgewonnen und wiederverwendet werden. Doch aktuell sind von gebrauchten, das heißt in Fahrzeugen verbauten Traktionsbatterien relativ wenige Informationen bekannt, ewa was ihre Bestandteile oder ihre Zellchemie angeht.

Das macht das Recycling schwierig und teuer, entsprechend gering sind die bisher verfügbaren Recyclingkapazitäten. Das soll nun mit dem vom Bundesforschungsministerium geförderten Verbundprojekt IDcycLIB (Innovationsplattform einer grünen, detektierbaren und direkt recycelbaren Lithium-Ionen-Batterie) anders werden.

Im Projektkonsortium haben sich zwölf Partner aus Industrie und Forschung zusammengeschlossen, um ein nachhaltiges und industrietaugliches Konzept für Batteriezellfertigung, -recycling und Aufbereitung zu realisieren. Das Konzept baut auf fünf Säulen auf:

• „Grüne“ Batteriezellen: Wasserbasierte Herstellverfahren für Batterieelektroden und Funktionsmaterialien (Verzicht auf Lösemittel und bedenkliche Prozesschemikalien)
• Design for Recycling: Batteriezellen sollen sich bereits durch ihr Design und die Beschaffenheit ihrer Komponenten leicht und automatisiert zerlegen lassen, die Funktionsmaterialien können einfach und kostengünstig sortiert und für die Wiederverwendung in neuen Batterien aufbereitet werden.
• Detektierbarkeit: Die Zellkomponenten sind mit fälschungssicheren partikulären Markern codiert, die einfach ausgelesen werden können. Damit wird eine automatisierte Vorsortierung nach Zellchemie und Bestandteilen möglich, Trenn- und Aufbereitungsprozesse lassen sich vereinfachen, Materialströme digital erfassen.
• Effiziente Recyclingprozesse: Schonende wasserbasierte elektrohydraulische Zerlegung und Sortierung mit neuartiger Zentrifugentechnologie sorgen für eine hohe Reinheit der zurückgewonnenen Materialfraktionen zur anschließenden Regeneration.
• Entwicklungsbegleitende Nachhaltigkeitsbewertung: Mittels Life Cycle Assessment und der Entwicklung geeigneter Softwaretools (LCA Calculator) zur Bewertung und Steuerung digital erfasster Materialströme kann der Weg zu einer nachhaltigen Entwicklung und Kreislaufführung von Batterien geebnet werden.

Mit diesen fünf Säulen will das Verbundprojekt das Instrumentarium aufbauen und erproben, das in Zukunft eine nachhaltige Fabrikation und Nutzung und ein wirtschaftliches Recycling von Batteriezellen sowie ein digitales Datenmanagement ermöglicht. 

Wenn Batterien zu Schaum werden

Wie schwierig das Recycling von Batterien ist, zeigt sich zum Beispiel auch an der Forschungsarbeit von Anna Vanderbruggen, Doktorandin am Helmholtz-Institut für Ressourcentechnologie Freiberg (HIF). Ein für Lithium-Ionen-Batterien sehr relevantes, aber auch problematisches Material ist Grafit. Natürliche Lagerstätten von Grafit, die wirtschaftlich abgebaut werden können, sind jedoch selten. Darüber hinaus können Recyclingunternehmen derzeit Grafit nicht zurückgewinnen.

Anna Vanderbruggen hat sich dieser Herausforderung des Grafitrecyclings gestellt und ein Konzept zur „Rückgewinnung von Grafit aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien“ entwickelt, das auch Thema ihrer Doktorarbeit ist.

„Mein Ansatz nutzt die in der Rohstoffindustrie bewährte Methode der Schaumflotation, um Grafit zu recyceln“, erklärt sie. Die Schaumflotation ist ein etablierter Prozess für die Trennung wertvoller Mineralien von taubem Gestein für Partikelgrößen von etwa 10 bis 200 Mikrometer. Bei dem Verfahren werden feingemahlene Mineralpartikel in einer Flüssigkeit verteilt und dann Gasblasen zugeführt. Spezielle Reagenzien sorgen dafür, dass bestimmte Partikel mit den Gasblasen nach oben steigen und einen Schaum bilden, der abgeschöpft werden kann. Andere Partikel sinken dagegen nach unten.

Das Hinzufügen einer Schaumflotationsstufe im Reyclingprozess ermögliche so die gemeinsame Rückgewinnung der Metalle und des Grafits aus Batterien, erklärt Anna Vanderbruggen.