{"id":85065,"date":"2022-09-06T02:10:00","date_gmt":"2022-09-06T00:10:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=85065"},"modified":"2022-09-06T11:46:10","modified_gmt":"2022-09-06T09:46:10","slug":"rohstoffe-aus-alten-akkus-aufbereiten","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/rohstoffe-aus-alten-akkus-aufbereiten\/","title":{"rendered":"Rohstoffe aus alten Akkus aufbereiten"},"content":{"rendered":"\n
ZSW reaktiviert Grafit und alle kritischen Metalle aus gebrauchten Lithiumionenbatterien<\/p>\n\n\n\n
Ein fl\u00e4chendeckendes Recycling von Lithium-Ionen-Batterien, vor allem aus Elektroautos, wird zuk\u00fcnftig nachhaltig die Versorgung mit kritischen Rohstoffen sicherstellen. Heutige Recyclingverfahren gewinnen nur einige Metalle zur\u00fcck, Lithium geht dabei teilweise verloren, Grafit sogar vollst\u00e4ndig. <\/p>\n\n\n\n
Ein neues Verfahren k\u00f6nnte dies nun \u00e4ndern: Im Projekt RecycleMat hat das Zentrum f\u00fcr Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden- W\u00fcrttemberg (ZSW) einen Recyclingprozess entwickelt, durch den Aktivmaterialien aus gebrauchten Lithiumionenbatterien wiederaufbereitet und direkt in neuen Batterien eingesetzt werden k\u00f6nnen. Dies geschieht in relativ einfachen chemischen Prozessen. Die mit dem neuen Verfahren reaktivierten Materialpulver erreichen 95 Prozent ihrer Ausgangskapazit\u00e4t. Dies gilt sowohl f\u00fcr die Metalloxide im Pluspol der Batterien als auch \u00fcberraschenderweise f\u00fcr den Grafit des Minuspols. Die Forschenden haben aus solchem Recyclingmaterial bereits neue Batteriezellen hergestellt und elektrochemisch vermessen.<\/p>\n\n\n\n
Im Entwicklungsprojekt \u201eKathoden- und Anodenmaterialien aus recycelten Lithium-Ionen-Batterien (RecycleMat)\u201c, das vom baden-w\u00fcrttembergischen Ministerium f\u00fcr Wirtschaft, Arbeit und Tourismus seit August 2020 mit 870 000 Euro finanziert wurde, hat das ZSW ein ressourcenschonendes Verfahren entwickelt, um die Aktivmaterialien von Kathode, dem Plus-Pol der Batterie, und Anode, dem Minus-Pol, aus gebrauchten oder defekten Batterieelektroden mechanisch zu trennen, zu reinigen und \u00fcber eine W\u00e4rmebehandlung zu neuwertigen Pulvern aufzubereiten.<\/p>\n\n\n\n
\u201eDas neue Recyclingverfahren erm\u00f6glicht es, ausrangierte Batterieelektroden mit einer Kathodenstruktur aus den heute g\u00e4ngigen Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxiden und einer Anode aus Graphit zu reaktivieren und dann direkt in neuen Zellen einzusetzen\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Marilena Mancini, wissenschaftliche Leiterin des Projekts. \u201eIm Gegensatz zu herk\u00f6mmlichen Verfahren werden die Aktivmaterialien bei dem neuen Prozess als solche erhalten und nach Wiederherstellung der urspr\u00fcnglichen Funktionalit\u00e4t direkt in neuen Batterien wiederverwendet. Dieser Ansatz vermeidet das heute \u00fcbliche und energieintensive Aufl\u00f6sen und Wiedergewinnen der metallischen Komponenten beim gleichzeitigen Verlust des Grafits.\u201c<\/p>\n\n\n\n
\u201eDas Recycling von Batterien ist nicht nur w\u00fcnschenswert, sondern absolut notwendig. Der \u00dcbergang in eine klimaneutrale Wirtschaft erfordert einen umfassenden Ausbau der Kreislaufwirtschaft \u2013 gerade auch bei Batterien, die verschiedene kritische Rohstoffe enthalten. Mit hochwertigem Recycling helfen wir aber nicht nur der Umwelt, sondern verringern auch perspektivisch die Abh\u00e4ngigkeit von Rohstoffimporten. Mit Blick auf die aktuellen Herausforderungen durch gest\u00f6rte Lieferketten erh\u00f6hen wir damit die Resilienz und die Wettbewerbsf\u00e4higkeit des Standorts Baden-W\u00fcrttembergs. Die Forschungsergebnisse des ZSW leisten einen wichtigen Beitrag, um diese ambitionierten Ziele zu erreichen, und zeigen auf, wie Recycling effizient und ressourcenschonend machbar ist\u201c, sagt Wirtschaftsministerin Dr. Nicole Hoffmeister-Kraut.<\/p>\n\n\n\n
Recycling von Kathoden- und Anodenmassen<\/h5>\n\n\n\n
Im Rahmen des Projekts mussten insbesondere f\u00fcr das Recycling des Grafits aus dem Minuspol der Batterie neue Ans\u00e4tze und Verfahren entwickelt werden, da Grafit heute typischerweise nicht recycliert, sondern meistens einfach verbrannt wird. Die L\u00f6sung des Problems war eine komplexe Temperaturbehandlung, die sowohl die Oberfl\u00e4che der Partikel von Verunreinigungen befreit als auch die kristalline Materialstruktur wiederherstellt. Das derart nachbehandelte Grafitpulver verf\u00fcgt \u00fcber 95 Prozent des spezifischen Energieinhalts des Ausgangsmaterials und kann direkt wieder in neuen Batterien verbaut werden.<\/p>\n\n\n\n
Die Materialien mit dem h\u00f6chsten Wertanteil in der Batterie sind die Kathodenmassen im Pluspol der Batterie, da sie unter anderem teure Metalle wie Nickel, Mangan, Kobalt (NMC) und Lithium enthalten. Aktuelle Recyclingprozesse konzentrieren sich deshalb auf diese Kathodenmaterialien, indem diese im Verlauf des Prozesses komplett in S\u00e4ure aufgel\u00f6st werden und dann Schritt f\u00fcr Schritt wieder in Batterierohstoffe umgewandelt werden. Diese Recyclingverfahren verbrauchen jedoch viel Energie und erfordern idealerweise die N\u00e4he zu einem Chemiestandort.<\/p>\n\n\n\n
Das ZSW-Verfahren f\u00fcr das Recycling von Kathodenmaterialien entspricht im Wesentlichen dem des Graphits und vermeidet somit eben diese energieintensiven chemischen Schritte. Nach nur zwei relativ einfachen Prozessschritten k\u00f6nnen die Kathodenmaterialien direkt wieder in neuen Batterien eingesetzt werden und zeigen ebenfalls deutlich mehr als 90% ihrer urspr\u00fcnglichen Kapazit\u00e4t.<\/p>\n\n\n\n
In den letzten zehn Jahren lag der Schwerpunkt der wissenschaftlichen und industriellen Entwicklung bei Lithium-Ionen- Batterien auf einer Erh\u00f6hung der Energiedichte bei gleichzeitiger Senkung der Kosten. Mit zunehmendem Erfolg der Elektromobilit\u00e4t und der Massenproduktion der Batterien r\u00fcckt nun auch die End-of- Life-Diskussion – das Recycling – in den Vordergrund. Diese Diskussion ist einerseits getrieben durch gesetzliche Rahmenbedingungen, die abh\u00e4ngig von der jeweiligen Region oder dem Land, eine Recyclingquote von bis zu 80 Prozent bei der Verschrottung von Elektro-Pkw fordern. Andererseits sind es Berechnungen, nach denen gro\u00dfe Mengen an recycelten Metallen notwendig sein werden, um zuk\u00fcnftig \u00fcberhaupt ausreichend Batterien f\u00fcr Elektrofahrzeuge bauen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n
Obwohl Lithiumionenbatterien keine Edelmetalle enthalten, sind die eingesetzten Materialien viel zu wertvoll, um nicht wiederverwertet zu werden: Es sind die gro\u00dfen Mengen an Metallen wie Kupfer, Nickel, Kobalt, Aluminium und das Lithium, die das Batterierecycling bereits aufgrund ihre Metallwerte wirtschaftlich und lukrativ machen: So enth\u00e4lt eine Tonne nickelhaltiges Gestein aus einer Nickelmine nur rund 20 Kilogramm Nickel.<\/p>\n\n\n\n
In einer Batterie, wie sie etwa f\u00fcr einen Mittelklassewagen gebraucht wird, sind jedoch bereits 60 Kilogramm Nickel enthalten. Bei einem Batteriegewicht von 500 Kilogramm entspricht dies einer f\u00fcnffachen Anreicherung dieses Metalls im Vergleich zur Mine. Bei Lithium ist dieser Faktor noch viel h\u00f6her: Sechs Kilogramm Lithium in einer Batterie ersparen beim erfolgreichen Recycling das Aufarbeiten mehrerer tausend Kubikmeter an lithiumhaltiger Salzl\u00f6sung.<\/p>\n\n\n