Um Lithium und andere kritische Rohstoffe aus Batterien zurückzugewinnen, müssen verschiedene Aspekte – von der Batterierücknahme beziehungsweise Abfallsammlung bis zum Recycling – Hand in Hand funktionieren. Einerseits sind technische Lösungen erforderlich, die eine möglichst kosteneffiziente Extraktion der jeweiligen Materialien aus der sogenannten Schwarzmasse – einem nach dem Zerkleinern entstehenden Zwischenprodukt – aus dem Inneren der Batterie ermöglichen.
Zudem sind Anleitungen zur sicheren Demontage dringend nötig, beispielsweise in Form eines digitalen Produktpasses. Mit diesen vielfältigen Themen beschäftigen sich Forscherinnen und Forscher im Projekt „MoLIBity“, das von Fraunhofer Austria geleitet wird. Erste Zwischenergebnisse zeigen: Die Anforderungen im geplanten Produktpass decken sich gut mit den Bedürfnissen der Recyclingindustrie hinsichtlich Batteriesicherheit und Materialzusammensetzung. Und auch bei den technischen Methoden gibt es Fortschritte.
Rückgewinnung von Lithium aus Altbatterien
„Das Lithium-Recycling aus Batterien ist aufgrund der hohen Volatilität des Lithiumpreises mit wirtschaftlicher Unsicherheit behaftet. Daher gibt es in Europa bislang nur wenige Anlagen zur Rückgewinnung von Lithium aus Altbatterien im industriellen Maßstab, wobei die wirtschaftliche Tragfähigkeit fraglich bleibt“, erklärt Andreas Muth, Leiter des von der FFG geförderten Projekts „MoLIBity“ bei Fraunhofer Austria. Die EU-Batterieverordnung schreibt allerdings spätestens bis zum 31. Dezember 2027 eine Extraktion von mindestens 50 Prozent des enthaltenen Lithiums vor. „Es besteht dringender Handlungsbedarf, um die industriellen Prozesse zeitgerecht hochzufahren, damit diese Quote erfüllt werden kann“, sagt Andreas Muth.
Verbesserung der technischen Verfahren
Ein wichtiger Aspekt ist dabei die Verbesserung der technischen Verfahren, denn wenn es gelingt, bei der Extraktion Energie und Aufwand einzusparen, wird das Recycling wirtschaftlicher. Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) ist einer der sechs Konsortialpartner im Projekt und widmet sich genau dieser Herausforderung. Das sogenannte COOL-Verfahren (CO2-basierte Lithiumextraktion) ist ein von der TU Bergakademie Freiberg patentiertes Verfahren, das eine Lithiumrückgewinnung aus Batterie-Aktivmaterialien ohne den Einsatz umweltbelastender Säuren ermöglicht.
In den Versuchen wurde festgestellt, dass das Verfahren auch ohne die energieintensive, überkritische CO2-Phase zufriedenstellende Rückgewinnungsraten ermöglicht. Sandra Pavon, Gruppenleiterin „Hydrometallurgisches Recycling und Rohstoffchemie“ am Fraunhofer IKTS, sagt: „Das Verfahren ist in der Lage nur mit Wasser und CO2 Lithium frühzeitig aus der Schwarzmasse fast vollständig zu extrahieren. Mit den im Projekt MoLIBity erreichten Optimierungen, ist es uns gelungen, gegenüber den ursprünglichen Prozessparametern die Reaktionszeit zu halbieren und gleichzeitig den Energieverbrauch um 20 Prozent zu senken. Bei gleichbleibend hoher Lithiummobilisierung von über 85 Prozent konnte die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens somit deutlich gesteigert werden.“
Im Rahmen des Projekts führt die BOKU University eine Ökobilanzierung (LCA) des Prozesses durch, um die potenziellen ökologischen Umweltwirkungen, wie beispielsweise den CO2-Fußabdruck, entlang der gesamten Wertschöpfungskette antizipativ abschätzen zu können. Dabei werden auch die Lieferkette der Batterierohstoffe, der durch die frühzeitige Lithium-Extraktion (CO2-Laugung) ermöglichte Wiedereinsatz von Recyclingmaterialien sowie die Entsorgung nicht rezyklierbarer Reststoffe berücksichtigt.
Produktpass: Notwendige Informationen für das Recycling
Die Forschenden von Fraunhofer Austria haben sich mit der Frage beschäftigt, ob die im Entwurf für den Batteriepass geplanten Vorgaben tatsächlich die Informationen liefern, die die Recycling-Industrie benötigt. In standardisierten Interviews mit Vertretern verschiedener Unternehmen wurden die aus Sicht der Industrie notwendigen Informationen für das Recycling erhoben. Der Abgleich mit dem Entwurf zeigte ein positives Ergebnis: Der Informationsgehalt des digitalen Batteriepasses deckt den aktuellen Bedarf der Recycling-Industrie weitgehend ab. Verbesserungspotenzial wurde jedoch im Hinblick auf Zukunftstechnologien festgestellt. In seiner jetzigen Form wird der Batteriepass der Industrie der Zukunft möglicherweise nicht gerecht. „Recycling wird in zehn Jahren anders ablaufen als heute. Es ist mit einem höheren Automatisierungsgrad zu rechnen, etwa bei der Entladung oder Demontage. Das sollte auch beim Batteriepass berücksichtigt werden“, sagt Projektleiter Andreas Muth.
Auch Saubermacher beschäftigt sich im Rahmen des Projekts intensiv mit dem Thema Produktpass und den damit verbundenen Herausforderungen. Dabei stehen insbesondere die Verbesserung der Rückverfolgbarkeit von Batterien entlang ihres gesamten Lebenszyklus und die Verfügbarkeit relevanter Daten für Recycling- und Verwertungsprozesse im Fokus.
„Für uns ist es entscheidend, Informationen über Batterien künftig besser entlang der gesamten Wertschöpfungs- und Kreislaufkette verfügbar zu machen. Der Produktpass kann eine zentrale Rolle spielen, Transparenz zu schaffen und hochwertige Recyclingprozesse zu unterstützen. Langfristig verfolgen wir die Vision, auch Abfälle wie beispielsweise Altbatterien mit strukturierten Informationen zu begleiten. Sie sollen damit ähnlich wie Produkte behandelt werden können“, erklärt Saubermacher-CEO Andreas Opelt.
Analysemethoden von Schwarzmasse
Mit der Vielfalt der Analysemethoden von Schwarzmasse beschäftigte sich das Projektteam an der Montanuniversität Leoben und BOKU University. Es wurden Laborvergleichsmessungen durchgeführt, wobei dieselbe Schwarzmasse von 13 Institutionen aus Industrie und Wissenschaft charakterisiert wurde. Es zeigte sich eine erstaunliche Vielzahl an unterschiedlichen angewandten Analyseverfahren. Das Ergebnis verdeutlicht den Bedarf an verbindlichen Standards, um die Analyseergebnisse verschiedener Labore zukünftig besser vergleichbar zu machen.
