Alt­bat­te­ri­en in­tel­li­gent wie­der­ver­wer­ten

Schematischer Aufbau eines automotiven Batterie­systems (Quelle: Samsung SDI)

Elektro­mobilität benötigt große Mengen an Traktions­batterien, allen voran die leistungs­fähigen Lithium-Ionen-Akkumu­latoren. Für die Herstellung von Traktions­batterien werden wertvolle Rohstoffe benötigt, die nach Lebens­ende der Batterien möglichst im Wertstoff­kreislauf erhalten bleiben sollten. Im Anfang des Jahres begonnenen Forschungs­projekt „Auto­motive Battery Recyc­ling 2020“, gefördert vom EIT Raw­Materials mit Mitteln der EU, wird nun daran gearbeitet, ökolo­gisch und ökono­misch vorteil­hafte Wege für das effiziente Recyc­ling von Batterien zu identifi­zieren und für die industri­elle Anwendung aufzu­skalieren.

Unser mobiles Leben hängt am Strom, für dessen Spei­cherung eine Vielzahl wertvoller Roh­stoffe benötigt wird. Hierbei ist Europa in starkem Maße auf Importe ange­wiesen – eine Situation, die durch die zuneh­mende Elektri­fizierung unserer Fahrzeuge entspre­chend ver­schärft wird, denn deren Traktions­batterien verschlingen große Mengen auch an kriti­schen Roh­stoffen. Vor diesem Hinter­grund ist es zwingend notwendig, eine funktio­nierende Recycling­kette für diese Traktions­batterien zu etablieren und essen­tielle Wertstoff­ströme in Europa zu halten.

Im Verbundprojekt „AutoBatRec2020“ (Automotive Battery Recycling 2020), koordi­niert von der Projekt­gruppe für Wertstoff­kreisläufe und Ressourcen­strategie IWKS des Fraunhofer-Instituts für Silicat­forschung ISC, soll die gesamte Kette des Batterie­recyclings betrachtet werden, angefangen beim Sammeln der Alt­batterien, über die unterschiedlichen Verfahren, Batte­rien aufzutrennen, bis hin zur Aufbereitung der Batterie­materialien und zur Wieder­verwendung in neuen Batterien. Ziel ist es, die einzelnen Verfahren hinsicht­lich ihrer Effizienz und Wirtschaft­lichkeit sowie ihrer Nachhal­tigkeit zu bewerten und durch intelligente Kombination und Weiter­entwicklung eine ökono­misch interes­sante Wert­schöpfungs­kette aufzu­bauen – damit das End-of-Life-Manage­ment von Traktions­batterien sich in Richtung Kreis­lauf­wirt­schaft und Nach­haltig­keit entwickelt.

Die erste Heraus­forderung liegt in der Sammlung der Altbat­terien angesichts des zu erwartenden Zuwachses an Elektro­fahrzeugen. Für die dann ständig anfal­lenden großen Mengen muss eine zuver­lässige und ausbau­fähige Lösung gefunden. Wichtige Themen im Arbeits­programm des AutoBatRec2020-Konsor­tiums sind daher neue Sammel- und Transport­konzepte.

Geöffnete Traktions­batterie (Quelle: Daimler)

Ein besonders wichtiger Baustein des Recyclings sind automa­tisierte Demontage­verfahren, die gegenüber der bisher üblichen händischen Zerlegung der großen Traktions­batterie­systeme deutlich schneller sein sollen. Auch die Rückge­winnung selbst bietet verschie­dene Opti­mierungs­möglich­keiten. Neben mecha­nischen Zerkleinerungs­verfahren wie dem Schreddern werden auch neue Verfahren untersucht wie die elektro­hydrau­lische Zerklei­nerung, die in Kombination mit weiter entwickelter Sortier­techno­logie eine sorten­reine Rückge­winnung von verschie­densten Batterie­materialien ermög­lichen. Vorteile der Verfahren werden analysiert und in der Kombination mit etablierten metal­lurgi­schen Verfahren bewertet, die elementare metal­lische Bestand­teile groß­tech­nisch aus den Altbat­terien extra­hieren können. „Darüber hinaus entwickeln wir Konzepte für die Wieder­verwendung von ganzen Batterie­kompo­nenten – nicht nur den Material­bestand­teilen – zum Beispiel für stationäre Anwen­dungen, um effiziente und rentable Wertstoff­kreisläufe zu ermög­lichen“, erläutert Andreas Bittner, Leiter New Business Development des Fraunhofer-ISC.

Eine weitere große Heraus­forderung für die Projekt­partner ist die Vielfalt der unter­schied­lichen Batterie­systeme am Markt. In der Regel unterscheiden sich Aufbau, Zustand und Rohstoff­gehalt der Altbat­terien signi­fikant. Informa­tionen darüber liegen, wenn überhaupt, nur lückenhaft vor. Nicht zuletzt dadurch birgt das Zerlegen Risiken. Auch kompliziert die Vielzahl an Formaten und Zell­aufbauten die gewünschte Automati­sierung des Recyc­lings. Erschwerend kommt hinzu, dass zum Teil im Hoch­volt­bereich gearbeitet werden muss, und es im Falle von beschädigten Batte­rien zu Kontakt mit brenn­baren und gesund­heits­schäd­lichen Bestand­teilen kommen kann. Ziel ist es hier, neue ganz­heit­liche Konzepte zu erar­beiten, um all diese Risiken weiter zu reduzieren bzw. durch Analyse der Möglich­keiten entlang der ganzen Kette diese und andere Gefahren zu identi­fizieren und möglichst völlig auszu­schließen.

Um die Wieder­verwertungs­möglich­keiten in Zukunft noch effi­zienter ausschöpfen zu können, werden auch Lösungen für ein intelli­gentes Design for Recycling erarbeitet. Partner sind das Fraunhofer-Institut für Silicat­forschung ISC – Projekt­gruppe für Wertstoff­kreisläufe und Ressourcen­strategie IWKS, (Deutschland; Koordi­nation), Fraunhofer-Institut für Produktions­technik und Automati­sierung IPA (Deutsch­land), Umicore NV (Belgien), Commis­sariat à l’énergie atomique et aux énergies alter­natives CEA (Frankreich), Tech­nische Universität Berg­akademie Freiberg (Deutschland), Samsung SDI Battery Systems GmbH (Österreich), ImpulsTec GmbH und Daimler AG (Deutschland). (Quelle: Fh.-ISC)

Links: FuE-Zentrum Elektromobilität des Fraunhofer ISC, Würzburg • Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoff­kreisläufe und Ressourcen­strategie IWKS

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