Nach der Nutzungsphase der Lithium-Ionen-Batterie im Fahrzeug kommen – je nach Zustand der Batterie – verschiedene Weiterverwendungsszenarien in Frage („End of Life“). Neben dem klassischen Recycling sind auch Re-Use, also die „Second Life“-Nutzung der Batterien als Energiespeicher, und Remanufacturing, mit welchem beschädigte oder abgenutzte Komponenten der Batterie ausgetauscht werden, denkbar. Zusammengefasst werden diese drei Begriffe in der Kreislaufwirtschaft als „Re-X“ zusammengefasst.
Zusammensetzung der Lithium-Ionen-Batterie
Die Hauptkomponenten von Lithium-Ionen-Batterien sind Aluminium, Kupfer, Anodenmaterial, Kathodenmaterial und sonstige Bestandteile wie Elektrolyte, Plastik, Stahl oder Separatoren.
Das Kathoden-Aktivmaterial macht im Schnitt nur knapp 20 Prozent des Gesamtgewichts aus. Hier werden – je nach Kathodentyp und dessen Zusammensetzung – Lithium, Mangan, Kobalt, Nickel, Aluminium, Eisen und Phosphate verwendet, was für bis zu 70 Prozent des Materialwerts der gesamten Batterie verantwortlich ist. Die Anode hingegen besteht größtenteils aus Graphit oder Graphit-Silizium-Mischungen, wobei Silizium- und Lithium-Anoden eher als Zukunftsalternativen gelten und derzeit nicht großindustriell produziert werden.
Die stark schwankenden Rohstoffpreise, begrenzte Förderkapazitäten und das Streben nach Rohstoffsicherheit sowie -unabhängigkeit machen das Recycling der Kathodenmaterialien wirtschaftlich und auch politisch attraktiv.
Recycling-Verfahren und Prozessrouten
Das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien ist ein komplexer, mehrstufiger Prozess. So existieren zurzeit mehrere Recycling-Verfahren in der Forschung und Industrie, wovon sich noch keines als Industriestandard etabliert hat. Prinzipiell startet der Prozess in der vorbereitenden Phase meistens mit der Entladung und Demontage der Batterie. Danach folgen diverse mechanische (Zerkleinerung, Fragmentierung, Separation und Sieben), thermische (Trocknen und Pyrolyse) und pyrometallurgische (Aufschmelzen) Prozesse zur Freisetzung der wertvollen „Schwarzmasse“, ein Zwischenprodukt aus diversen Anoden- und/oder Kathodenmaterialen und anderen, für das Recycling relevanten Materialien. Nicht alle der genannten Recycling-Prozesse müssen zur Anwendung kommen, jedoch können diese in Reihe kombiniert werden. Abschließend wird die Schwarzmasse durch hydrometallurgische Prozesse (Schaumflotation, Auslaugung, Lösungsmittel-Extraktion, Ausfällung, Kristallisation) in nutzbare, hochwertige Rezyklate umgewandelt, welche als Rohstoffe für den Bau neuer Batterien genutzt werden können.
Gesetzliche Rahmenbedingungen
Das Inkrafttreten der EU-Batterieverordnung ersetzt das Deutsche Batteriegesetz 2006/66/EG seit 2023 vollständig.
Hauptauswirkungen der Verordnung sind die Sammlung von End of Life-Batterien, die Einführung des Batteriepasses, Maximalgrenzen für den CO2-Fußabdruck, Rückgewinnungsziele für viele kritische Stoffe und Mindestanteile von in neuen Batterien zu verwendenden Rezyklaten. Ab 2025 muss die Gesamt-Recyclingeffizienz 65 Prozent betragen, ab 2030 70 Prozent, wobei es einzelne, separate Rückgewinnungsziele für die stoffliche Verwertung von Lithium, Kobalt, Nickel und Kupfer gibt. Ab 2031 müssen neu produzierte Batterien einen gewissen Rezyklat-Mindestanteil enthalten, abhängig vom jeweiligen Rohstoff. Bis 2031 soll sich dieser Anteil nahezu verdoppeln und beträgt je nach Rohstoff 12 bis 26 Prozent. Mithilfe des neu eingeführten Batteriepasses sollen Verbraucherinnen und Verbraucher sich über grundlegende Informationen, technische Daten und Nachhaltigkeit der jeweiligen Batterie informieren können.
Leseempfehlung: Recycling von Lithium-Ionen-Batterien des Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) RWTH Aachen, September 2023 (pdf-Download).
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