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Recycling von Lithium-Ionen Batterien
Das Recycling von Lithium-Ionen Batterien: Das Recycling von Lithium-Ionen Batterien ist ein komplexes Gebiet. Lithium-Ionen-Batterien enthalten neben anderen Nutzmetallen oft hochwertiges Kupfer und Aluminium sowie – je nach aktivem Material – die Übergangsmetalle Kobalt und Nickel (in Form von NMC und NCA Batterie-Elektroden). Diese aktiven Materialien sowie das Kupfer- Stromabnehmerfolien können mittels Recycling-Prozessschritten wieder zurückgewonnen werden.
Um einer zukünftigen Verknappung von Kobalt, Nickel und Lithium vorzubeugen und einen nachhaltigen Lebenszyklus dieser Technologien zu ermöglichen, werden Recycling von Lithium-Prozesse für Lithiumbatterien benötigt, die nicht nur Kobalt, Nickel, Kupfer und Aluminium aus verbrauchten Batteriezellen zurückgewinnen müssen, sondern auch einen signifikanten Anteil an Lithium.
Andere potenziell wertvolle und wiedergewinnbare Materialien sind Graphit und Mangan. Recyclingprozesse gewinnen heute je nach Separationstechnologie 28% bis 95% der Materialien einer Lithium-Ionen-Batteriezelle zurück.
Aufgrund der Problematik der Rohstoffknappheit und schlechten Rufes von Kobalt und zunehmend auch Nickel weicher Autohersteller auf LFP zurück. LiFePO4 ohne Nickel und Kobalt ist weniger kritisch bezüglich Rohstofflieferketten. Jedoch muss angenommen werden, dass sich eine Rückgewinnung der Rohstoffe bei LFP noch weniger ökonomisch ist, als bei NMC 811, wegen des tiefen Preises von Eisenverbindungen.
Um dieses Ziel zu erreichen, werden mehrere Schritte zu komplexen Prozessketten kombiniert, insbesondere unter Berücksichtigung hohe Raten an Rohmaterialien zurückzugewinnen.
Jedoch ist zu bedenken, dass die Kosten von Prozessschritten ein wesentlicher Treiber sind, um Recycling ökonomisch sinnvoll zu gestalten, und damit einen Recyclingansatz disruptiv macht. Im Gegensatz zu anderen Technologien wie Blei-Batterien sind die Lithium-Ionen brennbar und sogar explosiv je nach Situation. Daher ist das Recycling von Lithium-Ionen mit einem höheren Sicherheitsaufwand und damit höheren Kosten verbunden.
Siehe auch Abfallwirtschaft Schweiz.
Spezifische Gefahren, die mit Lithium-Ionen-Batterie-Recycling-Prozessen verbunden sind, sind:
Batteriezellen werden oft in ein Lösungsmittel getaucht, um die Bildung von Flusssäure zu verhindern. Nach der Entnahme werden die Gelee-Rollen getrennt und die Materialien durch Ultraschallbewegung entfernt, sodass die Elektroden zum Einschmelzen und Recycling bereitstehen. Pouchzellen sind auf diese Weise besonders einfach zu rezyklieren.
Seit 2019 wird beim Recycling von Lithium-Ionen-Batterien in den meisten Fällen kein Lithium mehr extrahiert, da sich die Lithium-Ionen-Batterietechnologie ständig ändert (variabel) und die Verfahren zum Recycling dieser Batterien daher in ein paar Jahren veraltet sein können.
Ein weiterer Grund, warum Recycling von Lithium-Ionen nicht im grossen Umfang, gemacht wird, ist, dass die Extraktion von Lithium aus alten Batterien fünfmal teurer ist als neu abgebautes Lithium!
Ein Trost ist die «Second-Life» Strategie. Batterien aus elektrischen Autos müssen nicht gleich entsorgt werden. Es gibt die Möglichkeit, die Restenergie der Batterien für sogenannte stationäre Anwendungen zu nutzen. Jedoch ist auch hier kritisch zu hinterfragen, inwiefern dies in der Zukunft ökonomisch und in dem grossen Stil getätigt werden kann.
Die wertvollsten (teuersten) Batteriematerialien sind die aktiven Batteriematerialien Kobalt und Nickel und das inaktive Stromabnehmermaterial Kupfer. Jedoch liegen dies Materialien in absoluten in einem Batterypack unter 10 %. Damit sich ein Recycling ökonomisch lohnt, muss ein Material relativ teuer sein. Ob Kobalt und Nickel genug «wertvoll» ist, um es zu rezyklieren, wird sich zeigen. Diese These unterstützt auch eine kürzlich erschiene Studie, die aufzeigt, dass Batteriemetalle zu verdünnt sind, um ein ökonomisches Rezyklieren von Lithium-Ionen zu betreiben.
Einer nahezu perfekte Batterierecycling ist immer noch beim Bleiakku zu finden. Dies liegt daran, dass die Batterie aus wenigen Komponenten besteht. Dazu kommt, dass ich Laufe der Jahrzehnte ein perfektes Ökosystem für diese Batterietechnologie entwickelt hat.
Zu diesem eher düsteren Ausblick bezüglich des nicht-rezyklieren von Lithium-Ionen Batterien kommt auch Nobelpreisträger Akira Yoshino in einem kürzlich erschienen Bericht im Spektrum Verlag.
Energiesparende und effektive Recycling-Lösungen für Lithium-Ionen-Batterien können den Kohlenstoff-Fussabdruck der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien erheblich reduzieren. Deshalb wird erhofft, dass in Zukunft ausgereiftere Konzepte zur Wiederverwertung und Recycling von Lithium-Ionen-Batterien von der Industrie kommen. Die Herausforderung in der Zukunft ist immens.
Netto-Null wird nicht immer im Einklang sein mit Wirtschaftlichkeit. Auch beim Batterie-Recycling gilt es Trade-offs zwischen Wirtschaftlichkeit und Energieverbrauch abzuwägen. Die Wirtschaftlichkeit sollte in Europa auch mehr berücksichtigt werden im Zuge von Kreislaufwirtschaftlichen Konzepten. Zu behaupten, dass ein Recycling mit hoher Ausbeute möglich ist, reicht nicht mehr. Rezyklierte Rohmaterialien müssen konkurrenzfähig sein, zu neu geförderten Rohstoffen.
Siehe auch Abfallwirtschaft Schweiz.
Burkert, Andreas (1 September 2018). «Effective Recycling of Electric-vehicle Batteries». ATZ Worldwide. 120 (9): 10–15.
Elwert, Tobias; Römer, Felix; Schneider, Kirstin; Hua, Qingsong; Buchert, Matthias (2018), Pistoia, Gianfranco; Liaw, Boryann (eds.), «Recycling of Batteries from Electric Vehicles», Behaviour of Lithium-Ion Batteries in Electric Vehicles: Battery Health, Performance, Safety, and Cost, Green Energy and Technology, Springer International Publishing, pp. 289–321.
Ueber die neue Batterie-Legislative der EU
>> link
Die Beste Praxis zum Batterie-Recycling, EBRA, 2021 >> link
Schäfer, P., Recycling – ein Mittel zu welchem Zweck? : Modellbasierte Ermittlung der energetischen Aufwände des Metallrecyclings für einen empirischen Vergleich mit der Primärgewinnung. 2021: Springer Nature >>> link
Recycling in Wikipedia
Christopher Schrader, Lithium-Ionen-Akkus: Die Altlast der Elektromobilität, Spektrum, 9.6.2020
https://uacj-automobile.com/ebook/atz_worldwide2018/index.html#p=16
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