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Im Projekt MoLIBity werden Methoden und Konzepte zur Rückgewinnung von Rohstoffen aus gebrauchten Batterien untersucht. Die Zwischenergebnisse sind vielversprechend.
Will man Lithium und andere kritische Rohstoffe aus Batterien zurückgewinnen, so müssen verschiedene Dinge – von der Batterierücknahme bzw. Abfallsammlung bis zum Recycling – Hand in Hand funktionieren. Einerseits braucht es technische Lösungen, die eine möglichst kosteneffiziente Extraktion der jeweiligen Materialien aus dem Inneren der Batterie – der sogenannten Schwarzmasse, einem nach dem Zerkleinern entstehenden Zwischenprodukt – ermöglichen, zudem sind Anleitungen zur sicheren Demontage, beispielsweise mittels des digitalen Produktpasses, dringend nötig. Diesen vielfältigen Themen widmen sich Forscherinnen und Forscher im Projekt „MoLIBity“ unter der Leitung von Fraunhofer Austria. Erste Zwischenergebnisse zeigen: Die Anforderungen im geplanten Produktpass decken sich gut mit den Bedürfnissen der Recycling-Industrie hinsichtlich Batteriesicherheit und Materialzusammensetzung, und auch bei den technischen Methoden gibt es Fortschritte.
„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 31.12.2027 eine Extraktion von mindestens 50% des enthaltenen Lithiums vor. „Es besteht dringender Handlungsbedarf, um die industriellen Prozesse zeitgerecht hochzuziehen, damit diese Quote erfüllt werden kann“, sagt Andreas Muth.
Verbesserung der technischen Verfahren
Ein wichtiger Aspekt ist dabei die Verbesserung der technischen Verfahren, denn gelingt es, 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), ein von der TU Bergakademie Freiberg patentiertes Verfahren, ermöglicht eine Lithiumrückgewinnung aus Batterie-Aktivmaterialien ohne den Einsatz umweltbelastender Säuren. In den Versuchen wurde nun 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% zu senken. Bei gleichbleibend hoher Lithiummobilisierung von über 85% konnte die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens somit deutlich gesteigert werden.“
Im Rahmen des Projekts wird durch die BOKU University eine Ökobilanzierung (LCA) des Prozesses durchgeführt, um die potenziellen ökologischen Umweltwirkungen, wie z. B. den CO₂-Fußabdruck, entlang der gesamten Wertschöpfungskette antizipativ abschätzen zu können. Hierbei wird auch die Lieferkette der Batterierohstoffe, der durch die frühzeitige Li-Extraktion (CO₂-Laugung) ermöglichte Wiedereinsatz von Recyclingmaterialien sowie die Entsorgung nicht-rezyklierbarer Reststoffe betrachtet.
Produktpass: Notwendige Informationen für das Recycling
Die Forschenden von Fraunhofer Austria widmeten sich der Frage, ob die im Entwurf für den Batteriepass geplanten Vorgaben auch tatsächlich das liefern, was 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: Die Übereinstimmung des Informationsgehalts im digitalen Batteriepass mit aktuellen Bedarfen der Recycling-Industrie ist hoch. Verbesserungspotenzial wurde aber im Hinblick auf Zukunftstechnologien festgestellt. Der Batteriepass in seiner jetzigen Form wird 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 steht insbesondere die Verbesserung der Rückverfolgbarkeit von Batterien entlang ihres gesamten Lebenszyklus sowie 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.
Über das Projekt MoLIBity
Das Projekt MoLIBity wird durch die Forschungsförderungsgesellschaft FFG gefördert. Konsortialpartner sind Fraunhofer Austria, Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS, Montanuniversität Leoben, Saubermacher Dienstleistungs AG, Treibacher Industrie AG und BOKU University.
https://projekte.ffg.at/projekt/4660056
Schwarzmasse aus dem Inneren von Lithium-Ionen Batterien (links) und das mittels COOL-Verfahren aus ...
Source: Fraunhofer IKTS
Copyright: Fraunhofer IKTS
Criteria of this press release:
Business and commerce, Journalists
Chemistry, Economics / business administration, Energy, Environment / ecology
transregional, national
Cooperation agreements, Research results
German
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