Recycling von Lithium-Ionen-Batterien

Recycling von Lithium-Ionen-Batterien
05 Okt 2021

Lithium-Ionen-Batterien sind wahre Alleskönner und finden Anwendung in den unterschiedlichsten Produkten – ob in Notebooks, Smartphones oder Elektroautos. In unserem Blogbeitrag Lithium-Ionen-Akkus im Fokus haben wir die Technik, die dahintersteckt, bereits näher beleuchtet. Doch was geschieht nach der Anwendungsphase mit ihnen? Entsteht durch das Recycling in Zukunft ein Problem für die Umwelt oder kann daraus sogar ein neuer starker Wirtschaftszweig wachsen? Und wie kritisch ist die Förderung der Rohstoffe?

Lithiumabbau in der Kritik

Die Rohstoffgewinnung von Lithium-Ionen-Batterien wird nicht erst seit dem Boom von E-Autos kritisch hinterfragt. Für die Herstellung der Batterien werden Seltene Erden und Mineralien, unter anderem das Schlüsselelement Lithium, benötigt. Lithium-Salze sind im Meerwasser und unter bestimmten Bedingungen in Binnengewässern zu finden, beispielsweise in Salzseen im Grenzgebiet von Chile, Argentinien und Bolivien. Bei den Salzseen handelt es sich um ausgetrocknete Gewässer, in denen Mineralien und Salze hochkonzentriert zurückbleiben. Insbesondere die Entnahme der Rohstoffe birgt ökologische und soziale Herausforderungen. So werden beim Abbau natürliche Barrieren zerstört, wodurch sich Salzwasser mit Trinkwasser vermischt und die Trinkwasserreserven der Region kontaminieret. Doch auch der Abbau anderer Rohstoffe, die in Batterien eingesetzt werden, ist hochproblematisch für die Umwelt.

Recyclingmethoden von Lithium-Ionen-Batterien

Abhängig von den Methoden der Aufbereitung und Materialien, können bis zu 75% der Rohstoffe einer Batterie wieder dem Kreislauf zurückgeführt werden. In der Theorie halten Forscher auch eine Recyclingquote von 90% für möglich, dafür ist jedoch eine Weiterentwicklung der Technologien und eine Optimierung der Prozessschritte notwendig. Für das Recycling existieren derzeit zwei Verfahren:

Mechanische Aufbereitung

Der klassische Recyclingansatz ist die mechanische Aufbereitung. Dabei werden die Lithium-Ionen-Batterien zunächst nach deren Inhaltsstoffen sortiert und stapelweise behandelt. Anschließend werden die Akkumodule in einem Schredder zerkleinert. Das Mahlgut wird nach den magnetischen und elektrischen Eigenschaften sortiert, sodass die Metalle in Form von Pulver vorliegen und weiterverarbeitet werden können.

Pyrometallurgische Aufbereitung

Aufgrund unterschiedlicher Schmelzpunkte und Dichten der Rohstoffe entstehen Phasen, in denen sich die Metalle einfach trennen lassen – somit ist es möglich, einen hohen Prozentsatz zu extrahieren. Andere Bestandteile wie Plastik, Halogene oder sonstige Materialien werden in der thermischen Vorbereitung von der Batterie getrennt.

Kritiker bemängeln den enorm hohen Energiebedarf des pyrometallurgischen Verfahrens. Dabei wird zumeist mehr CO2 beim Recycling ausgestoßen als bei der Herstellung einer neuen Batterie. Weiterhin ist der Ertrag der Rohstoffe im Vergleich zum Energieaufwand sehr gering und die Prozesse des Verfahrens sind enorm aufwändig, langsam und anfällig für Störungen. Vorteilhaft ist jedoch die Möglichkeit der Priorisierung bei der Entnahme von Rohstoffen. So können bis zu 95 Prozent des Kobalts zurückgeholt werden.

Perspektiven des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien

Durch Reparaturen soll in Zukunft die Lebensdauer einer Batterie verlängert werden und dadurch doppelt so lange in der Praxis Anwendung finden. Doch spätestens, sobald die Leistung einer Batterie nachlässt, muss über die Wiederverwertung der eingesetzten Materialien nachgedacht werden.

Aufgrund der kritischen Rohstoffbeschaffung sollen möglichst viele Rohstoffe aus den Batterien rausgeholt werden – und das möglichst nachhaltig.

Trotz der vielfältigen Anwendungsfelder ist das die Verbreitung der Batterien derzeit noch so gering, dass kaum von einem wirtschaftlichen Nutzen beim Recycling gesprochen werden kann. Aktuell existieren aufgrund der geringen Kapazität keine hochskalierten und gewinnbringenden Recyclingverfahren. In Zukunft stehen die Chancen jedoch sehr gut, dass das Recycling für Unternehmen rentabel wird, sowohl hinsichtlich der Energiebilanz als auch aus kommerzieller Sicht. Große Volumen sind für diese Szenarien jedoch unabdingbar.

Mit den Gesetzen und Vorschriften rund um E-Waste ist bereits heute jeder Hersteller eines Produkts verpflichtet, diese zu entsorgen oder zu recyceln. Dies stellt für die Produzenten derzeit jedoch noch einen zusätzlichen Kostenfaktor dar. Mit steigenden Absätzen ist es jedoch denkbar, dass Recyclingkapazitäten von Batterien ausgebaut werden und sich zu einem profitablen Wirtschaftszweig entwickeln.

Fazit

Die Rohstoffbeschaffung und die Recyclingverfahren von Lithium-Ionen-Batterien sind nicht immer sauber und sorgen derzeit noch für eine Vielzahl von Problemen. In Zukunft sollten Batterien eingesetzt werden, welche nicht von kritischen Rohstoffen oder Seltenen Erden abhängig sind. So wäre eine denkbare Alternative Natrium – der Rohstoff ist weiter verbreitet und günstiger im Abbau.

Auch bei Solaranlagen lässt sich ein Trend zu Lithium-Ionen-Batterien erkennen. Diese sind flexibel hinsichtlich der Größe und müssen nicht mit den Restriktionen eines E-Autos zurechtkommen. Weiterhin sind sie sind weniger komplex in der Bauweise und auch weitere Technologien können einfacher zum Einsatz kommen.

Ein weiterer vielversprechender Ansatz sind Batterien, die reparaturfreundlich sind und dadurch länger im Kreislauf erhalten bleiben können. Ein möglichst langer Lebenszyklus ist in jedem Fall die nachhaltigste Option.


Lisa Neulichedl