Brechen statt schmelzen

Beim Batterie-Recycling gehen die Fraunhofer-Forscher neue Wege

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Mit einem von Fraunhofer-Forschern entwickelten Verfahren lässt sich sogenanntes „Aktivmaterial“ aus gebrauchten Batterien gewinnen, das wertvolle Metalle enthält.

Hanau/Alzenau -  Der Name „Fraunhofer“ ist den meisten ein Begriff – er steht für Forschung, genauer gesagt für angewandte Forschung.

Doch was heißt das eigentlich konkret? Und woran arbeiten die Forscher in unserer Nachbarschaft? In einer Serie stellen wir verschiedene Projekt vor. Heute geht es um das Thema Batterie-Recycling.
Aus Altprodukten neue Wertstoffe zu gewinnen, ist der Kernaspekt der Forschungsarbeit der Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS an ihren Standorten in Hanau und Alzenau. Wertvolle Rohstoffe für die Wiederverwertung schlummern nicht nur im Hausmüll oder in Industrieabfällen, sondern ebenfalls in alltäglichen Gebrauchtgegenständen. Dazu gehören auch Elektroautos und deren Akkus.

Im Hinblick auf die zunehmende Bedeutung der Elektromobilität wird die Zahl der benötigten Energiespeicher und Hochleistungsbatterien weiter zunehmen. Und damit steigt auch der Bedarf an ihrer Entsorgung: Nach aktuellen Schätzungen werden mehr als 100 000 Tonnen an Altbatterien aus Elektroautos bis 2020 weltweit anfallen.

Batterien und Akkus werden aktuell bereits gesondert gesammelt und recycelt. Bei den heute angewandten Verfahren werden die Batterien aufgeschmolzen. Dabei können wertvolle Metalle wie Kobalt und Nickel bereits zu einem gewissen Grad zurückgewonnen werden. Jedoch ist das Verfahren energieintensiv und die Verluste von Wertstoffen nach wie vor hoch.

Bis 2020 werden weltweit mehr als 100.000 Tonnen Altbatterien aus Elektroautos anfallen. Wie diese optimal recycelt werden können, auch daran arbeiten die Forscher der Fraunhofer-Projektgruppe IWKS.

Die Forscher der Fraunhofer-Projektgruppe IWKS arbeiten an Lösungen, um bestehende Verfahren zu optimieren und neue zu etablieren, die das Recycling von Altbatterien und -akkumulatoren nicht nur wirtschaftlicher, sondern auch umweltfreundlicher machen. So besteht ein Forschungsansatz darin, die Batterien zu zerlegen, anstatt sie komplett aufzuschmelzen. Dabei kommt die sogenannte Elektrohydraulische Zerkleinerung (EHZ) zum Einsatz, die mittels einer elektrischen Entladung eine Schockwelle durch ein Medium – üblicherweise Wasser – leitet und die Batterien damit mechanisch beansprucht. Das Ergebnis: Die Materialgrenzen werden „brüchig“ und die einzelnen Bestandteile lassen sich leichter voneinander abtrennen – ganz ohne Schmelzvorgang.

Bei diesem Verfahren wird das sogenannte „Aktivmaterial“ zurückgewonnen – ein schwarzes Pulver aus dem Innenleben der Batterien, das wertvolle Metalle wie Nickel oder Kobalt enthält. Die Reinheit der Wertstoffe ist hier bereits relativ hoch und so können daraus neue Batteriezellen hergestellt werden.

Ein Forschungskonsortium des Projekts NewBat, das von der Projektgruppe geleitet wird, konnte im Labormaßstab bereits erfolgreich Batterien aus Produktionsausschüssen herstellen, die bis zu 75 Prozent des ursprünglichen Wirkungsgrades aufweisen – ein Meilenstein auf dem Weg zu mehr Ressourceneffizienz in der Batterietechnik. Mittlerweile laufen erste vielversprechende Versuche mit Industriepartnern, das Verfahren über eine Beimischung in der Produktion auch im Industriemaßstab umzusetzen. So können kritische Rohstoffe wie Lithium, Nickel, Kobalt und Mangan ohne große Verluste recycelt werden.

Bei Elektroautos müssen die Akkus besonders leistungsstark sein. Hier kommen daher Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz. Mit dem Anfang des Jahres gestarteten Forschungsprojekt „AutoBatRec2020“ beteiligt sich die Projektgruppe an der Erarbeitung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft für genau diese Traktionsbatterien aus Elektro-Autos. Gemeinsam mit nationalen und internationalen Partnern aus Industrie und Forschung werden unter anderem Konzepte für eine verbesserte Sammlung der Altbatterien, automatisierte Verfahren zur Demontage sowie Wiederverwendung der Batteriekomponenten entwickelt. Ziel des Projekts ist es, den Wertstoffkreislauf für Autobatterien aus Elektroautos zu schließen und auf die Anwendung in der Industrie zu übertragen.

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„Die größten Herausforderungen liegen in der Vielzahl der verwendeten Batterietypen als auch in besonderen Sicherheitsmaßnahmen bei Lagerung und Transport“, erklärt Johannes Öhl, Koordinator des Projekts AutoBatRec2020 bei der Fraunhofer-Projektgruppe IWKS. „Wir sehen hier vielversprechende Ansätze in der Einbeziehung aller Akteure wie Hersteller, Nutzer und Recycler. So kann das Recycling bereits in die Batterieentwicklung miteinfließen – sogenanntes Design for Recycling, wodurch sich eine bessere automatisierte Zerlegung und höhere Sicherheitsstandards realisieren lassen,“ erklärt Öhl. Durch innovative Zerkleinerungs- und Trenntechnologien wie die elektrohydraulische Zerkleinerung könne man darüber hinaus auch die Verluste in der Rohstoffrückgewinnung minimieren.

Die Fragestellungen der Forscher erhalten nicht zuletzt im Hinblick auf die zunehmende Verknappung wichtiger Rohstoffe und die Abhängigkeit Europas von Importen dieser Materialien eine immer größere Bedeutung für die Industrie. (did)

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