Kritische Batterierohstoffe: Lithium wieder aufbereiten

Mit einem neuen Forschungsprojekt will das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) Lithium wieder aufbereiten. Bei dem Vorhaben handelt es sich um RecycleMat. Das steht für die geplante Machbarkeitsstudie „Kathoden- und Anodenmaterialien aus recycelten Lithium-Ionen-Batterien“. Wie das ZSW mitteilte, soll sie einen effizienteren Recyclingprozess beschreiben. Dieser solle neben Lithium auch Nickel, Kobalt und Naturgrafit aus ausgemusterten Batterieelektroden wiederaufbereiten.

Mit dem Projekt will das ZSW ferner Komponenten aus Altbatterien herauslösen. Dabei werde das Elektrodenmaterial so aufbereitet, dass es direkt in neuen Lithium-Ionen-Batterien oder als Zwischenprodukt für die Batteriematerialsynthese Wiederverwendung finden könne.

Außerdem geht es darum, die Komponenten mit geringem Energieaufwand aus gebrauchten Batterien oder aus Produktionsabfällen bei der Zellherstellung mechanisch zu separieren und zu reinigen. Ferner sollen die Aktivmaterialien thermochemisch nachbehandelt werden.

So wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine belastbare Grundlage für Re-Synthesen der Materialien schaffen. Entstehende Produkte gehen an Industriepartner zur Evaluierung. Aufgrund der beim ZSW vorhandenen Expertise sowohl in der Batteriematerialentwicklung als auch in der Fertigung von Lithium-Ionen-Zellen vom Pilot- bis zum seriennahen Maßstab seien die Spezifikationsprofile sowie Anforderungen an Material und Verarbeitung bekannt.

Bisher kaum Recycling

Hintergrund des Vorhaben ist, dass die steigende Nachfrage nach großen Lithium-Ionen-Batterien für den Verkehrs- und Energiesektor zu einem sehr schnell ansteigenden Bedarf an Rohstoffen führe. Manche stuft die Europäischen Union davon als kritisch ein, etwa Kobalt, Lithium und Naturgraphit.

Die heute verfügbaren Recyclingverfahren gewinnen allerdings bislang nur einige Metalle zurück. Lithium werde überhaupt nicht recycelt. Dem will das ZSW mit RecycleMat begegnen. Das baden-württembergische Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau fördert die Studie über zwei Jahre mit 870 000 Euro.

“Hochwertiges Recycling ist eine Schlüsselkompetenz für den Industriestandort Baden-Württemberg. Nachhaltige und wettbewerbsfähige Wertschöpfungsketten müssen in Zukunft auch eine optimale Verwertung von Produkten am Ende der Nutzungsphase berücksichtigen. Beim Recycling von Batterien gehen wir mit dem Projekt RecycleMat einen wichtigen Schritt in die richtige Richtung“, sagte Wirtschaftsministerin Nicole Hoffmeister-Kraut.

„Der künftige Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge und zur kurzzeitigen Ökostromspeicherung wird enorm sein“, sagt Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens, kommissarische Leiterin der Batterieforschung am ZSW in Ulm. „Die Entwicklung eines Recyclingkonzepts, mit dem Rohstoffe in ausgedienten Batterien möglichst vollständig rückgewonnen werden, kann entscheidend zu einer nachhaltigen Rohstoffversorgung führen und den Material- und Energiebedarf für neue Zellen erheblich reduzieren.“

Kinderarbeit für Kobalt im Kongo

Als Kathodenmaterial komme derzeit Übergangsmetall-Schichtoxide zum Einsatz, die mehr als 10 Prozent Kobalt enthalten. Der Kobaltabbau ist aber teils mit erheblichen negativen Folgen für Menschen und Umwelt verknüpft. Das gilt etwa für den Kongo, wo sich rund die Hälfte der weltweiten Vorräte befinden und Kinder in den Minen arbeiten. Große Teile der Lithiumvorkommen, rund 75 Prozent, liegen in Südamerika. Diese Stoffe sowie Naturgrafit für die Anoden der Zellen gelten in Deutschland als kritische Rohstoffe mit hohen Liefer- und Preisrisiken. Die Wiedergewinnung der Elektrodenmaterialien aus ausgedienten Batterien, sogenannten End-of-Life-Zellen, können dagegen Abhängigkeiten heimischer Zellhersteller von internationalen Rohstoffketten verringern.

Für das Recycling von Wertstoffen aus Lithiumbatterien gibt es unterschiedliche Prozesse und Anlagenkonzepte. Stand der Technik für großtechnische Verfahren sei das Einschmelzen kompletter Batterien oder Zellen mit nachfolgender aufwändiger Aufbereitung der Schmelz- und Schlackenprodukte. Recyclingunternehmen nutzten diese Verfahren kommerziell.

Die Hochtemperaturprozesse führten jedoch durch die Schlackenbildung zu Verlusten an Wertmetallen wie Kobalt, Nickel und Kupfer. Das gelte ebenfalls für Komponenten wie Lithium, Mangan oder Aluminium. Auch eine Reihe alternativer Verfahren, die über mehrere Hochtemperaturprozesse laufen oder mit hydrometallurgischen Prozessen gekoppelt sind, lieferten nur eine relativ geringe Ausbeute an Wertstoffen.

19.8.2020 | Quelle: ZSW | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH