Batterierecycling: Neues Lithium statt Schlacke für den Straßenbau

02.09.2020 Von Dipl.-Ing. (FH) Jan Rosenow

Das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien steckt noch in den Kinderschuhen. Das wichtige Lithium etwa wird oft noch gar nicht zurückgewonnen. Forscher aus Ulm wollen das jetzt ändern.

Batteriemodule aus einem E-Fahrzeug: Bislang werden sie zum Recycling komplett eingeschmolzen.
(Bild: Rosenow/»kfz-betrieb«)

Der Verkauf von E-Autos und Plug-in-Hybriden boomt zwar mittlerweile, aber immer noch gibt es viele Menschen, die grundlegende Vorbehalte gegen den Elektroantrieb haben. Besonders der hohe Rohstoffbedarf für die Batterien – gepaart mit den umweltschädlichen Abbaubedingungen – gilt vielen Kritikern als Argument gegen die E-Mobilität.

Auch wenn in einem mehrere 100 Kilogramm schweren Stromspeicher nur wenige Kilogramm Kobalt, Lithium und Grafit enthalten sind, wächst der Bedarf an diesen Materialien gerade stark. Die europäische Union hat die Versorgungssicherheit mit diesen Stoffen bereits als kritisch eingestuft.

Batteriezellen werden heute komplett eingeschmolzen

Deshalb arbeiten Wissenschaftler mit Hochdruck an Recyclingverfahren, die möglichst alle in einer Lithium-Ionen-Batterie verwendeten Werkstoffe zurückgewinnen sollen – und das in ausreichender Qualität, um neue Batterien fertigen zu können. Das schont nicht nur die Umwelt und die natürlichen Ressourcen, es macht Europa auch ein Stück weiter resistenter gegenüber Engpässen und Preisschwankungen auf dem Rohstoffmarkt.

Auch heute werden Lithium-Ionen-Batterien bereits recycelt. Allerdings nutzt man dazu ein vergleichsweise brutales Verfahren: Stand der Technik ist das Einschmelzen kompletter Batterien oder Zellen mit nachfolgender aufwändiger Aufbereitung der Schmelz- und Schlackenprodukte. Recyclingunternehmen nutzen diese Verfahren kommerziell.

Die Hochtemperaturprozesse führen jedoch durch die Schlackenbildung zu Verlusten an Wertmetallen wie Kobalt, Nickel und Kupfer. Ebenso werden Komponenten wie Lithium, Mangan oder Aluminium gar nicht erst zurückgewonnen.

Deshalb forschen die Wissenschaftler am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) in dem neuen Projekt Recyclemat, wie sich Batterieelektroden wiederaufarbeiten lassen, sodass Materialien möglichst vollständig rückgewonnen und direkt als Rohstoff für die Herstellung neuer Elektrodenmassen eingesetzt werden können. Das Wirtschaftsministerium von Baden-Württemberg fördert die Studie über die nächsten zwei Jahre mit 870.000 Euro.

Duesenfeld: Batterien schreddern und Metalle trennen

Es gibt allerdings schon heute ein einsatzfähiges Verfahren, das die Batterierohstoffe zu 91 Prozent wiedergewinnt. Es wurde an der TU Braunschweig entwickelt und wird nun von der Firma Duesenfeld aus Wendeburg (Niedersachsen) eingesetzt. Die patentierte Methode verwendet mechanische, thermodynamische und hydrometallurgische Prozesse und gewinnt damit neben den hochwertigen Metallen Kupfer, Nickel und Kobalt auch den Graphit, die Elektrolyten und das Lithium zurück – und zwar in Form hochwertiger Sekundärrohstoffe bis hin zu Batteriequalität.

Das Verfahren ist sogar mobil einsetzbar: Alle Prozessschritte lassen sich in zwei normalen 40-Fuß-Seecontainern zusammenfassen. Diese können beispielsweise als lokale Sammelstelle dienen, womit der aufwendige Versand der Altbatterie entfällt.

Audi: Akkus zu Powerbanks

Eine noch viel bessere Möglichkeit, mit ausgedienten Lithium-Ionen-Batterien umzugehen, ist die Weiterverwendung. Nicht überall sind die Anforderungen an das Speichervermögen so hoch wie im Auto, weshalb beispielsweise ausgediente E-Auto-Batterien immer noch als Energiespeicher für den Haushalt verwendet werden können.

Ein anderes Beispiel kam jüngst von Audi: Die Audi-Stiftung für Umwelt fördert das gemeinnützige Start-up Nunam des deutsch-indischen Gründers Prodip Chatterjee. Nunam kauft ausrangierte Laptop-Akkus von Schrotthändlern im indischen Bundesstaat Karnataka und nutzt deren Batteriezellen für stationäre Energiespeichersysteme.

Die daraus hergestellten Powerbanks können Niedrigstromverbraucher wie Smartphones, Ventilatoren oder Lampen versorgen und Menschen in ländlichen Gebieten Indiens als Stromquelle dienen. Eine solche Weiterverwendung wäre für Batteriezellen aus E-Mobilen ebenfalls denkbar.