Elektromobilität 30.11.2023, 07:00 Uhr

Mit neuem Verfahren Batterien effizienter recyceln

Die steigende Zahl von Elektroautos auf deutschen Straßen lässt den Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien wachsen. Doch ihre Herstellung erfordert den Abbau seltener Rohstoffe und den Einsatz von viel Energie. Umso wichtiger wird die Wiederverwertung von Batterien. Mit einem neuen Verfahren sollen sich diese schon bald deutlich effizienter recyceln lassen.

Das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien nimmt eine wichtige Rolle für einen nachhaltigen Produktionskreislauf in der Elektromobilität ein. Foto: PantherMedia /
kaptn

Das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien nimmt eine wichtige Rolle für einen nachhaltigen Produktionskreislauf in der Elektromobilität ein.

Foto: PantherMedia / kaptn

Bis 2030 sollen die Treibhausgasemissionen gegenüber 1990 um mindestens 65 Prozent verringert werden. Bis 2040 sollen es 88 Prozent sein und bis zum Jahr 2045 soll Deutschland schließlich die Treibhausneutralität erreicht haben. Für das Gelingen dieser Klimaschutzziele spielt der Ausbau der Elektromobilität eine entscheidende Rolle. Schließlich ist der Verkehrssektor, einschließlich des Straßen-, Schiffs-, und Flugverkehrs einer der größten Verursacher der schädlichen Treibhausgase in Deutschland. Mit dem Umstieg auf Elektromobilität wächst auch der weltweite Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien. Diese sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte und ihrer geringen Selbstentladung ein wichtiger Baustein für die Ausweitung der Elektromobilität. Doch die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien erfordert den Abbau wertvoller Rohstoffe wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Graphit. Für einzelne Rohstoffe sind in Zukunft temporäre Verknappungen oder Lieferengpässe sowie Preissteigerungen nicht auszuschließen. Zudem kommt es in vielen Abbaugebieten immer häufiger zu sozialen Konflikten. Ebenso zieht der Abbau einiger Rohstoffe negative Umweltauswirkungen nach sich.

Das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien spielt daher in Zukunft eine wichtige Rolle. Dieses ermöglicht die Wiederverwendung von bereits vorhandenen Materialien, was Energie und Ressourcen spart. Jedoch sind die meisten Verfahren kompliziert und gelingen oft nur mit dem Einsatz giftiger Chemikalien und viel Energie. Aus diesem Grund entwickeln Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und Partner aus verschiedenen Industrieunternehmen in einem groß angelegten Verbundprojekt eine vollständige Prozesskette, um gebrauchte Batterien effizienter zu verwerten und damit die Umwelt zu schonen.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
APOprojekt GmbH-Firmenlogo
Prozess- und Qualitätsmanager (all genders) APOprojekt GmbH
Hamburg, Düsseldorf, Frankfurt Zum Job 
Schüller Möbelwerk KG-Firmenlogo
Umweltingenieur (m/w/d) Schüller Möbelwerk KG
Herrieden bei Ansbach Zum Job 
N-ERGIE Netz GmbH-Firmenlogo
Maßnahmenplaner für das Netzgebiet (m/w/d) N-ERGIE Netz GmbH
Rothenburg Zum Job 
Nanotec Electronic GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Projektleiter (w/m/d) Nanotec Electronic GmbH & Co. KG
Feldkirchen Zum Job 
Karlsruher Verkehrsverbund GmbH-Firmenlogo
Angebots- / Verkehrsplaner*in (m/w/d) regionale Busverkehre Karlsruher Verkehrsverbund GmbH
Karlsruhe Zum Job 
Menlo Systems GmbH-Firmenlogo
Ingenieur / Techniker (m/w/d) für die Produktion von Frequenzkämmen Menlo Systems GmbH
Planegg Zum Job 
ANDRITZ Küsters GmbH-Firmenlogo
Inbetriebnahme-Ingenieur (m/w/d) ANDRITZ Küsters GmbH
Krefeld Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Consultant Digital Transformation (m/w/d) Schwerpunkte IT, Industrie und Engineering THOST Projektmanagement GmbH
Freiburg im Breisgau, Mannheim, München, Stuttgart Zum Job 
P+R Betriebsgesellschaft mbH-Firmenlogo
Bauingenieur / Architekt P+R-Parkhäuser (w/m/d) P+R Betriebsgesellschaft mbH
Hamburg Zum Job 
WEMAG Netz GmbH-Firmenlogo
Prozessorganisator Grundzuständiger Messstellenbetrieb (m/w/d) WEMAG Netz GmbH
Schwerin Zum Job 
Aerologic GmbH-Firmenlogo
Engineer Aircraft Reliability & Maintenance Program (m/f/x) Aerologic GmbH
Leipzig/Halle Airport Zum Job 
Brüninghoff GmbH & Co.KG-Firmenlogo
Ingenieurin (m/w/divers) als Führungskraft für Arbeitssicherheit / Gesundheitsschutz Brüninghoff GmbH & Co.KG
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur Konstruktiver Ingenieurbau/Brückenbau (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Frankfurt-Gelnhausen Zum Job 
Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH-Firmenlogo
Vertriebsingenieur (m/w/d) Bereich Spektrometer und Mikroskopie Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH
Herrsching am Ammersee Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur/in als Bauwerksprüfer (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Darmstadt Zum Job 
Quantum-Systems GmbH-Firmenlogo
Junior Recruiter (m/f/d) Quantum-Systems GmbH
Gilching Zum Job 
Kromberg & Schubert Automotive GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Ingenieur für Funktionale Sicherheit (m/w/d) Kromberg & Schubert Automotive GmbH & Co. KG
Abensberg bei Regensburg Zum Job 
Quantum-Systems GmbH-Firmenlogo
Manager (m/w/d) Export/Zoll & Auftragsabwicklung Quantum-Systems GmbH
Gilching Zum Job 
Quantum-Systems GmbH-Firmenlogo
.Net Software Developer (Munich or Kyiv) (f/m/d) Quantum-Systems GmbH
Gilching, Kiew (Ukraine) Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur Planung Bauwerke (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes

Löst diese kobaltfreie Batterie einige dringende Probleme?

Bisherige Recyclingverfahren von Batterien sind energieintensiv

„Der hohe Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien erfordert nachhaltige und geschlossene Materialkreisläufe – von den Batteriematerialien über den gesamten Lebenszyklus bis zum Recycling – sowie eine kreislauffähige Produktion von Batteriezellen“, sagt Marco Gleiß vom Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik KIT.

Aktuelle Recycling-Verfahren zerkleinern die Batteriezellen und lösen die Aktivmaterialien bis auf die Molekülebene auf. Auf diese Weise können zwar bis zu 90 Prozent der seltenen Materialien wie Nickel, Kobalt oder Mangan wiedergewonnen werden, doch haben diese Verfahren auch Nachteile. Sie benötigen meist Chemikalien und viel Energie. Zusätzlich muss das Batteriematerial komplett neu hergestellt werden. Das erfordert erneut einen hohen Energie- und Rohstoffbedarf.

Neuer Ansatz: Direktes Recyceln von Aktivmaterialien

Neue Verfahren basieren hingegen auf dem direkten Recycling von Aktivmaterialien. „Dabei werden die Aktivmaterialien nicht mehr vollständig aufgelöst. Stattdessen werden sie in die einzelnen Zellbestandteile zerlegt und dann mechanisch getrennt, um sie möglichst rein zurückzugewinnen“, erklärt Gleiß. In der Industrie konnten sich diese Verfahren jedoch noch nicht durchsetzen. Das hat verschiedene Gründe. Zum einen lässt sich noch nicht vorhersagen, wie sich das wiedergewonnene Rezyklat verhält. Hat der Prozess möglicherweise negative Auswirkungen auf die Materialeigenschaften? Zum anderen gibt es keine Kriterien, um die Einsatzfähigkeit des gealterten Materials zu beurteilen. Es stellt sich also die Frage, ob sich die Bestandteile überhaupt für die Wiederverwertung eignen oder gegebenenfalls aussortiert werden müssen. Und zum Schluss fehlt es bisher an praxisorientierten Lösungen, mit denen sich die Batteriekomponenten effizient trennen lassen.

Und genau hier setzt das neue Verfahren der Forschenden an. „Diese kritischen Punkte greift unser Verbundvorhaben auf und beschäftigt sich primär mit der Entwicklung einer agilen Prozesskette für das direkte Recycling von Lithium-Ionen-Batterien sowie der Regeneration der so wiedergewonnenen Aktivmaterialien“, sagt Thomas Dreyer von der Weber Ultrasonics AG.

Kreislauffähige Produktion von Batterien schont die Umwelt

Ein effektives Recyclingverfahren im industriellen Maßstab ist nicht nur aus ökologischen, sondern auch aus wirtschaftlichen Gründen von größter Bedeutung. Es ermöglicht die Rückgewinnung von wertvollen Materialien wie Lithium, Kobalt, Nickel und anderen Metallen aus alten Batterien. Dies reduziert die Abhängigkeit von neuen Rohstoffen und trägt zur Schonung natürlicher Ressourcen bei. Das Verbundprojekt „Agile Prozessketten zum direkten Recycling von Lithium-Ionen-Batterien und Regeneration der Aktivmaterialien“ (DiRecReG) leistet somit einen wichtigen Beitrag für einen effizienten und nachhaltigen Produktionskreislauf, in dem die aktiven Batteriekomponenten funktionserhaltend zurückgewonnen werden. „Ziel ist es zudem, die energieintensiven Prozessschritte der zurzeit eingesetzten Recycling-Verfahren zu ersetzen und nachhaltig recycelte, hochwertige Sekundärmaterialien im Sinne einer Kreislaufwirtschaft zu liefern“, sagt Gleiß.

Das Projekt wird von Bundesforschungsministerium mit 2,95 Millionen Euro gefördert. Seine Laufzeit beträgt insgesamt drei Jahre.

Ein Beitrag von:

  • Ines Klawonn

    Ines Klawonn

    Ines Klawonn hat als Redakteurin bei einem auf Energiekommunikation spezialisierten Medienunternehmen gearbeitet. Mittlerweile ist sie selbstständige Journalistin und gehört zum Team von Content Qualitäten. Ihre Themenschwerpunkte sind Gesundheit, Energie und Technik.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.