Mehrfaches Recycling von Batterien: Wie ein geschlossener Rohstoffkreislauf gelingt

• Ein Team von Forschenden unter der Leitung von Volkswagen will Batterien erstmals mehrfach recyceln.
• Das Konsortium startet ein Projekt zu einem geschlossenem Rohstoffkreislauf, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert wird
• Mehrfaches Recycling trägt dazu bei, wertvolle Materialien zur Erhöhung von Nachhaltigkeit und Versorgungssicherheit zurückzugewinnen.

Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft wollen gemeinsam nachweisen, dass die wertvollsten Bestandteile von Antriebsbatterien durch Recycling mehrfach nacheinander zurückgewonnen und wiedereingesetzt werden können. Das Forschungskonsortium „HVBatCycle“ hat das Ziel, Kathodenmetalle, Elektrolyt und Graphit dauerhaft im geschlossenen Materialkreislauf (Closed Loop) zu führen. Unter Führung des Volkswagen Konzerns arbeiten Taniobis GmbH, J. Schmalz GmbH, Viscom AG zusammen mit Forschenden von RWTH Aachen University, TU Braunschweig sowie Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) drei Jahre lang an der Erforschung und Entwicklung der für mehrfaches Recycling erforderlichen Prozesse. Das Projekt wird vom Bundeswirtschaftsministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.

Michael Kellner, Parlamentarischer Staatssekretär: „Die europäische Batterie-Produktion kann nur erfolgreich sein, wenn sie in möglichst allen Bereichen auf Nachhaltigkeit setzt. Nachhaltige Batterien sind entscheidend für eine Energie- und Verkehrswende, die sich an hohen Umwelt- und Sozialstandards orientiert.“

Sebastian Wolf, Chief Operating Officer Battery Volkswagen AG, erklärte: „Das Recycling von Batterien und Produktionsausschüssen trägt entscheidend dazu bei, die Rohstoffversorgung unserer geplanten Fabriken sicherzustellen. Durch das Projekt HVBatCycle wird eine ganzheitliche Betrachtung der Recyclingprozesse und dadurch die Umsetzung des Closed Loop der Batteriematerialien vorbereitet.“

Geschlossener Rohstoffkreislauf und mehrfaches Recycling

Um weniger Materialien aus primären Quellen wie Minen oder Salaren nutzen zu müssen, will man wesentliche Rohstoffe nicht nur einmal, sondern gleich mehrfach zurückgewinnen. Dazu werden Batteriezellen aus recyceltem Material nochmals recycelt, um damit außerdem nachzuweisen, dass auch mehrfaches Recycling keinen Einfluss auf die Materialqualität hat. Das Schließen des Kreislaufs erfordert komplexe interdisziplinäre Prozesse. Für eine effiziente, ökologisch und ökonomisch sinnvolle Verwertung müssen alle Verfahren aufeinander abgestimmt sein, um unter höchsten Sicherheitsanforderungen sortenreine und qualitativ hochwertige Sekundär-Materialien zu erzeugen. Dabei geht es insbesondere um Skalierbarkeit und Wirtschaftlichkeit.

Unabhängigkeit durch Dezentralisierung, Einsatz von Sekundärmaterialien

Im Konsortialprojekt steht die mechanisch-hydrometallurgische Recycling-Route im Fokus, die sich durch einen geringen Energiebedarf und die Möglichkeit zu einer vergleichsweise einfachen dezentralen Verteilung bestimmter Recyclingprozesse in Europa auszeichnet. Das begünstigt eine lokale Kreislaufwirtschaft und sichert strategisch wichtige Rohstoffe, was die Abhängigkeit Europas von anderen Regionen der Welt deutlich reduziert. Das Projekt „HVBatCycle“ soll effiziente Verfahren und innovative Lösungen aufzeigen, die den Aufbau einer End-to-End Wertschöpfungskette mit hoher Wirtschaftlichkeit bei gleichzeitig möglichst hoher Recycling- und Energieeffizienz und minimalen Umweltbelastungen gewährleisten.

Konkrete innovative Entwicklungsansätze liegen in einer bedarfsgerechten, das heißt wirtschaftlich optimierten Entladung und einer weitgehend automatisierten Demontage von rückläufigen Batteriesystemen bis auf Zell- oder Elektrodenebene. Dazu zählt auch eine nahezu verlustfreie Trennung von Aktivmaterial und Trägerfolien sowie die Rückgewinnung von Graphit und leichtflüchtiger Elektrolytbestandteile.

Automatisierung der Demontageprozesse und Rückgewinnung des Elektrodenmaterials

Bei der folgenden hydrometallurgischen Aufbereitung der „Schwarzen Masse“ aus Graphit und Batteriemetallen durch Wasser und chemische Lösemittel steht eine frühe und selektive Extraktion des Lithiums in löslicher Form sowie die Laugung, Fällung und Raffination enthaltener Metalle als Mischhydroxid-Konzentrat im Vordergrund. Dabei soll in Zusammenhang mit der erneuten Materialsynthese von kathodischem Aktivmaterial untersucht werden, ob die Auftrennung von Metallverbindungen wirklich erforderlich ist, um neues, vollumfänglich leistungsstarkes Kathodenmaterial herzustellen.

Die Forschungsarbeiten zur Aufbereitung des Elektrolyten und des Graphits sollen durch die Entwicklung von geeigneten Verfahren zeigen, dass auch wichtige Elektrolytbestandteile und das Graphit effizient aufbereitet und wieder in batterietauglicher Qualität in der Zellproduktion eingesetzt werden können. Sämtliche Verfahrensschritte werden ganzheitlich von einer ökologischen und wirtschaftlichen Lebenszyklusanalyse begleitet.

Bild oben: Pilotanlage für Batterie-Recycling. Die gewonnenen Rohstoffe lassen sich in einem geschlossenen Kreislauf wiederverwenden. Bildquelle: Volkswagen AG

Weitere Informationen: https://www.volkswagen.de/

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