Mit der wachsenden Bedeutung der Elektromobilität hat auch die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien weltweit zugenommen. Diese Energiespeicher enthalten große Mengen wertvoller und seltener Rohstoffe. Sie unterliegen aber auch einem Verschleiß und müssen am Ende der Lebensdauer recycelt werden. Hier erklären wir Ihnen die Möglichkeiten des modernen Batterierecyclings.
Inhaltsverzeichnis
Das Wichtigste in Kürze
- Die Notwendigkeit des Batterierecyclings wächst stetig.
- Die Möglichkeiten des mehrstufigen Recyclings umfassen das mechanische, das pyrometallurgische und das hydrometallurgische Verfahren.
- Das Batterierecycling ermöglicht die Rückgewinnung wertvoller Rohstoffe, die der Produktion neuer Batterien zugeführt werden können.
Grundlagen des Batterierecyclings
Lithium-Ionen-Batterien sind in immer mehr Produkten zu finden. Ob Laptop, Smartphone, Starterbatterie für Fahrzeuge, Haushalts- oder Arbeitsgeräte und natürlich Elektrofahrzeuge, sie gehören heute zum Standard.
Die Wichtigkeit der Elektromobilität wächst stetig. So werden ihre Akkupacks in Zukunft einen großen Teil der zu recycelnden Batterien ausmachen. Die verbauten Lithium-Ionen-Akkus unterliegen einem Verschleiß. Sie sind am Ende ihres Lebens keinesfalls wertlos. Sie enthalten viele kostbare Rohstoffe, die es gilt, zurückzugewinnen. Dies wird bei uns von LogBATT durch ein aufwändiges, mehrstufiges Verfahren erreicht.
Diese aufwändigen Prozesse schonen die natürlichen Ressourcen und reduzieren die Notwendigkeit des Abbaus neuer Rohstoffe. Ökologische und sozial-ökonomische Schäden durch Lithiumbergbau und Graphitproduktion werden minimiert. Zudem verringern sie die Rohstoffabhängigkeiten und erlauben der produzierenden Industrie Planungssicherheit. Nicht recycelte Akkus sorgen somit nicht nur für ernsthafte Umweltbelastungen, sondern ziehen eine Kette an weiteren ökologischen und wirtschaftlichen Auswirkungen nach sich.
Beginnend mit dem mechanischen Recycling über das pyrometallurgische Verfahren bis zum hydrometallurgischen Recycling werden die Rohstoffe in höchster Reinheit zurückgewonnen.
Nach Aussagen der Volkswagen AG enthält ein 400 Kilogramm schwerer Lithium-Ionen-Akku mit einer Kapazität von 50 kWh folgende Rohstoffmengen:
- 8 kg Lithium
- 12 kg Mangan
- 9 kg Kobalt
- 41 kg Nickel
- 71 kg Grafit
- 126 kg Aluminium
- 22 kg Kupfer
- 3 kg Stahl
Hinzu kommen etwa 21 kg Kunststoffe und 37 kg Elektrolyte, welche zurückgewonnen werden können.
Durch die verschiedenen Recyclingmethoden wird eine saubere Trennung der Rohstoffe gewährleistet. Diese können zur Produktion neuer Batterien verwendet und somit dem Kreislauf zugeführt werden.
Moderne Akkupacks bestehen aus weniger als zehn bis mehr als 48 Modulen. Durch die Vielfalt der Batterietypen ist für das Recycling viel Erfahrung und gut geschultes Personal erforderlich.
Mechanisches Recycling
Der erste Schritt des nachhaltigen Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien ist das manuelle Zerlegen. Hier werden die Batteriesysteme von qualifizierten Fachkräften demontiert. Vor Beginn der Demontage werden die Akkupacks vollständig entladen und das Kühlsystem entleert. Erst danach werden Kühlsysteme, Hochvoltmodul und die Module-Slave-Platine entfernt und das eigentliche Batteriepack freigelegt. Eine Automatisierung dieses Verfahrens ist kaum möglich. Eine extrem hohe Variantenvielfalt verhindert dies.
Die grob getrennten Bestandteile werden in der Folge sortiert, geschreddert und gemahlen. Eine besondere Herausforderung sind hier die Elektrolyte. Sind die Batteriezellen nicht ausreichend entladen, kann es zu Kurzschlüssen und zur Entzündung kommen. Für die sichere Zerkleinerung der Zellen ist daher auch eine sauerstoff- und wasserarme Atmosphäre im Schredder nötig. Das dabei entstehende schwarze Pulver wird durch pyrometallurgische und hydrometallurgische Verfahren weiterverarbeitet.
Pyrometallurgisches Recycling
Das pyrometallurgische Recycling ist ein Hochtemperaturverfahren, durch welches metallische und nichtmetallische Materialien getrennt werden.
Die aus dem mechanischen Recycling gewonnene Masse wird in Schmelzöfen bei 800 bis 1.500 °C zu einer Legierung verschmolzen. Diese Legierung besteht aus Kupfer, Kobalt, Eisen und Nickel, die in weiteren Schritten voneinander getrennt und veredelt werden. Die entstehende Schlacke enthält Lithium, Aluminium, Kalzium, Silizium und Mangan. Jene wertvollen Bestandteile lassen sich in aufwändigen Verfahren aus der Schlacke lösen und für die Herstellung neuer Batterien nutzen.
Bei diesem Verfahren handelt es sich um einen energieaufwändigen, aber effizienten Prozess. Um giftige und umweltschädigende Abgase zu vermeiden, sind effektive Abgasreinigungssysteme erforderlich.
Hydrometallurgisches Recycling
Bei diesem Verfahren werden chemische Prozesse genutzt. Es kann direkt nach der manuellen Zerlegung der Batterien eingesetzt werden oder zur Veredelung der mittels pyrometallurgischem Verfahren hergestellten Legierungen. Diese Methode ist weniger energieintensiv, effizienter und gewährleistet eine saubere Trennung der einzelnen Rohstoffe.
Hierbei werden die zerkleinerten Batterien, Legierungen oder Schlacken in Säure getaucht, um die Metalle zu lösen. Weitere Prozesse, wie zum Beispiel Elektrolyse, ermöglichen es, die wertvollen Metalle gezielt abzuscheiden und zu reinigen. Die daraus gewonnenen Rohstoffe sind qualitativ hochwertig und können der Produktion neuer Lithium-Ionen-Batterien zugeführt werden. Um die notwendige Qualität und Reinheit der gewonnenen Rohstoffe zu erreichen, nutzen wir bei LogBATT das hydrometallurgische Recycling.
Das hydrometallurgische Verfahren ist weniger energieintensiv als das pyrometallurgische, erfordert jedoch sehr hohe Sicherheitsstandards, um weder Mitarbeitende noch Umwelt zu gefährden.
Fazit
Das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien ist eine effektive Methode, um wertvolle Rohstoffe aus Altbatterien zurückzugewinnen. Mittels verschiedener Recyclingverfahren werden unter anderem Lithium, Nickel und Kobalt extrahiert. Es werden manuelle, thermische und chemische Verfahren angewandt.
Nicht nur die Batterietechnologien werden stetig weiterentwickelt. Wir von LogBATT stehen auch für Innovation in den Bereichen Batterietransport und Recycling. Bei allem, was den Transport, die Lagerung und das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien betrifft, helfen wir Ihnen gerne weiter!