Reuse, Recycle, Repeat: Zielstation Rohstoffkreislauf

Irgendwann endet auch das zweite Leben einer Elektrofahrzeugbatterie. Und dann? Was passiert mit den wertvollen Metallen ausgedienter Lithium-Ionen-Akkus, die im Laufe der kommenden Jahrzehnte zu beachtlichen Rohstoffdepots anwachsen werden?

50 Prozent einer Batterie müssen – gemessen an ihrem Gewicht – am Ende des Produktlebenszyklus recycelt werden. So sieht es die aktuell gültige EU-Richtlinie aus dem Jahr 2006 vor. Technisch betrachtet ist das kein Problem. Marktführer Umicore beispielsweise schmilzt die Batterien ein und kann auf diese Weise nach eigenen Angaben zwischen 60 und 70 Prozent der ursprünglichen Batterie recyceln. Bei einzelnen Stoffen, wie Kobalt und Nickel, liege der Rückgewinnungsanteil sogar bei mehr als 90 Prozent¹.

Schmelzen, Schreddern, Schocken

Eine energieärmere Alternative hat das Chemieunternehmen Duesenfeld entwickelt. Das Verfahren kommt ohne Erhitzung aus, und ermöglicht es zudem, 96 Prozent aller Batteriebestandteile in einen neuen Kreislauf zurückzuführen. Die Batterien werden dazu unter Stickstoff zu feinem Pulver geschreddert. Die Materialien werden dabei zerkleinert und mechanisch voneinander getrennt: in Kunststoffe, unterschiedliche Metalle und die sogenannte Schwarzmasse, das Aktivmaterial aus der Zelle. Diese Methode lässt sich auch dezentral in mobilen Containern direkt an den Batterie-Sammelstellen durchführen. Das spart Transportkilometer und trägt mit dazu bei, dass bei der Produktion neuer Lithium-Ionen-Akkus mit Sekundärrohstoffen etwa 40 Prozent weniger CO₂-Emissionen entstehen als beim Einsatz neuer Wertstoffe². Bei der anschließenden hydrometallurgischen Verarbeitung, eine Art chemischer Nachbehandlung, werden dann die einzelnen Metalle wie Kobalt, Lithium, Mangan und Nickel aus der Aktivmasse herausgelöst, gereinigt und in Form von Salzen zurückgewonnen.

Auch am Fraunhofer Institut für Silicatforschung (ISC) arbeiten Forscher der Projektgruppe Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie (IWKS) daran, die Ökoeffizienz des Recyclings gegenüber herkömmlichen Verfahren zu erhöhen. Der Ansatz: Mittels kontrollierter Schockwellen³ werden die Batterien systematisch verkleinert und durch Trennverfahren separiert. Die Methode hat den Vorteil, dass sich die zurückgewonnenen Werkstoffe – im Gegensatz zu Sekundärrohstoffen – ohne weitere Bearbeitung wiederverwenden lassen. Das spart Energie, wie das Fachmagazin „Ingenieur“ aufzeigt⁴ und Johannes Öhl, Leiter des Recycling-Projekts AutoBatRec2020 am Fraunhofer ISC, im Interview dieses Batterie-Specials ausführlicher erklärt.

Recycling braucht Masse

Es liegt auf der Hand: Auch die effizienteste Methode muss sich rechnen. Hier zeigt sich aktuell die größte Hürde beim Aufbau eines Recyclingsystems im industriellen Maßstab. In einem Bericht vom Dezember 2019 kommt der ADAC zu dem Schluss: „Nach heutigem Stand kann zwar ein Großteil der Batteriematerialien schon zurückgewonnen werden, die Prozessschritte sind zum Teil aber noch zu energieaufwändig und zu teuer⁵.“

Das hängt unter anderem mit dem geringen Automatisierungsgrad der aktuellen Recyclingprozesse zusammen. Hier zeigt sich, ähnlich wie beim Aufbau der Ladeinfrastruktur, ein Henne-Ei-Problem: Der Betrieb von industriellen Recyclinganlagen lohnt sich für die Entsorger erst, wenn sie eine ausreichend große Menge an Alt-Akkus verarbeiten können.

Diese Auslastung wird Experten zufolge jedoch erst in etwa zwanzig Jahren erreicht. Dann nämlich, wenn die Batterien aus den heutigen Elektrofahrzeugserien nach Ablauf der Garantie und ihrem Second Life im Großspeicher im großen Stil endgültig dem Recycling zugeführt werden. Eine zukünftige Herausforderung kann es sein, die jetzt entwickelten Verfahren auf Batterietypen, die perspektivisch auf Basis anderer Technologien in den Markt kommen, abzustimmen.

Großspeicher aus gebrauchten Fahrzeugbatterien.

Weniger Ressourcen, mehr Nachhaltigkeit

Klar ist aber auch: Um die CO₂-Emissionen im Verkehr zu reduzieren und der Elektromobilität den Weg zu bereiten, muss der Ressourcenverbrauch vom Wachstum entkoppelt werden. Mercedes-Benz hat sich deshalb zum Ziel gesetzt, den Einsatz primärer Ressourcen im Bereich Antriebsstrang und Batterie bis 2030 um 40 Prozent gegenüber aktuellen Elektro- und Hybridfahrzeugen zu reduzieren. Die Verwendung von Sekundärrohstoffen, insbesondere von Nickel, Kobalt und Kupfer, spielt dabei eine wichtige Rolle⁶. „Wir wollen die Rohstoffe, die wir heute in den Batterien verbauen, übermorgen wieder für neue Batterien nutzen“, sagt Manuel Michel, der in der Forschungsabteilung von Daimler das Projekt „Circular Economy Battery“ verantwortet. Details über den Weg vom Design for Recycling bis zum partnerschaftlichen Aufbau geschlossener Kreisläufe erklärt der Ingenieur in der nächsten Ausgabe unseres Batterie-Specials.

Einsatz primärer Ressourcen

Als Partner des Forschungsprojekts AutoBatRec2020 lotet Daimler außerdem gemeinsam mit Wissenschaftlern und Praktikern aus der Kreislaufwirtschaft die Voraussetzungen für ein wirtschaftlich und ökologisch tragfähiges Recyclingkonzept aus. Dazu zählt beispielsweise ein Batteriedesign, das ein späteres Recycling mitdenkt – ein Aspekt, der auch beim Remanufacturing von Hochvolt-Batterien eine wichtige Rolle spielt.

Plädoyer für die Quote

Auch die Politik kann und muss dazu beitragen, den Aufbau von flächendeckenden Recyclinglösungen zu beschleunigen. 2020 soll die bisherige EU-Richtlinie grundlegend überarbeitet werden, weil sie schlichtweg nicht auf die Sammlung, den Transport und die Wiederverwertung von Elektrofahrzeugbatterien ausgelegt ist⁷.

Der ADAC fordert in diesem Zusammenhang, die Recyclingziele von 50 auf über 90 Prozent zu erhöhen, und dabei insbesondere „ambitionierte Vorgaben“ für Kobalt, Nickel und Lithium zu machen. Diesen Vorschlag begrüßt auch Kerstin Meyer vom Thinktank Agora Energiewende. Die Expertin schlägt zudem ein Mietmodell vor, bei dem die Hersteller ein stärkeres Interesse daran hätten, Batterien mit Blick auf ein späteres Recycling der Wertstoffe zu gestalten⁸. Das würde auch die Vision der rollenden Rohstoff-Vorräte begünstigen, die den Abbau von Primärrohstoffen nach und nach ergänzen: Langfristig, so eine Berechnung von Agora Energiewende, könnten bis zu 40 Prozent der für die Elektromobilität benötigten Rohstoffe Kobalt und Lithium durch Recycling gedeckt werden.

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¹ https://www.deutschlandfunk.de/lithium-ionen-akkus-das-schwierige-recycling-von.676.de.html?dram:article_id=433028

² https://www.duesenfeld.com/recycling.html https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/elektromobilitaet/info/elektroauto-akku-recycling/

³ Mithilfe von Druckwellen werden einzelne Bestandteile der Batterie voneinander getrennt, Quelle: https://www.r4-innovation.de/de/new-bat.html

https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/e-mobilitaet/batterierecycling-wie-akkus-von-elektroautos-recycelt-werden/

https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/elektromobilitaet/info/elektroauto-akku-recycling/

https://www.daimler.com/nachhaltigkeit/ressourcen/unschaetzbare-ressourcen.html

https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/elektromobilitaet/info/elektroauto-akku-recycling/

https://www.dw.com/de/ein-ungehobener-schatz-recycling-von-e-auto-batterien/a-51996406

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