Die Elektromobilität nimmt Fahrt auf – und könnte dabei ihren eigenen Nachhaltigkeitsanspruch ausbremsen. „Die Menge der Lithium-Ionen-Batterien, die sich im letzten Abschnitt ihres ‚Lebens‘ in Elektrofahrzeugen befinden, wird in den kommenden Jahren massiv steigen“, warnt Prof. Achim Kampker, Gründer und Leiter des Lehrstuhls „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen: „Deshalb müssen wir wirtschaftliche und nachhaltige Konzepte zum Recycling und zur Rohstoffrückgewinnung entwickeln.“ Eines von vielen Themen, denen sich sein Team widmet – in der eigenen Forschung und auch mit Industrie-Partnern.
Während sich die Produktionskapazitäten geplanter Gigafabriken für Elektrofahrzeug-Batterien immer weiter überbieten, befindet sich der Markt für das bevorstehende Recycling der Akkus noch in einer frühen Phase – jedoch mit hohen Wachstumsraten und zahlreichen Einstiegsmöglichkeiten. „Das macht sich bemerkbar in den zahlreichen angekündigten Aufbereitungsprojekten in Europa und der ganzen Welt“, sagt Janis Vienenkötter, Leiter der PEM-Forschungsgruppe „Battery Components & Recycling“. Mit Blick auf Europa seien derzeit vor allem in Deutschland, Skandinavien, Frankreich und der Schweiz bereits mehr als 20 Unternehmen im Batterierecycling aktiv, etwa ein Viertel davon mit Pilotanlagen. Knapp zehn weitere Werke sind laut PEM in Planung, davon drei in Deutschland. In seinem „Batteriemonitor 2021“ kommt das Institut zum Schluss, dass die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands vom direkten Zugang zur Batteriezellherstellung und einer effizienten Kreislaufwirtschaft bestimmt sein wird.
PEM sucht Partner für Batterierecycling-Studie
Davor gilt es allerdings einige Hürden zu nehmen. „Es gibt noch keine einheitliche Kombination von Prozessschritten für das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien“, erklärt Vienenkötter. So seien etwa die Einflüsse jener Prozessschritte und ihre möglichen Auswirkungen auf das Produkt teils noch nicht ausführlich untersucht. Das PEM-Team startet im Mai daher die Studie „Growth in Battery Recycling: Analyse und Bewertung der Prozessketten und -technologien“. Das Projekt, für das aktuell noch Partner aus der Industrie gesucht werden, soll das frühzeitige Erkennen von Trends und Herausforderungen im Bereich des Batterierecyclings ermöglichen. Dazu sollen die Konsortialpartner erörtern, welche Kriterien bereits erfüllt werden und welche Entwicklungspotenziale notwendig oder möglich sind. Die Studie verfolgt einen ganzheitlichen Ansatz. Soll heißen: Es geht um die Unabhängigkeit des wirtschaftlichen Wachstums von der Nutzung begrenzter Ressourcen. Die im Rahmen der Studie zusammengeführten Unternehmen sollen die genauen Inhalte beeinflussen können, um spezifisches Wissen nach ihren individuellen Bedürfnissen zu erlangen. Das Projekt richtet sich insbesondere an „Product Owner“ und OEM, Anlagenhersteller sowie Material- und Recycling-Spezialisten – um mit den Studienergebnissen in den Markt des Batterierecyclings einzusteigen oder sich dort weiterzuentwickeln.
Batteriepacks vollautomatisch zerlegen
„Mit steigendem Recycling-Bedarf eröffnet sich ein vollkommen neues Marktsegment, das auch für Maschinen- und Anlagenbauer interessant ist“, sagt PEM-Leiter Kampker. „Die künftig erforderliche Automatisierung der Batteriepack-Demontage und die Rückgewinnung von Wertstoffen wird zuerst neues Know-how und dann neue Geschäftsbereiche hervorbringen.“ Vor diesem Hintergrund engagiert sich sein Team auch in dem vom Bund geförderten Forschungsprojekt „DemoSens“ (http://hier.pro/qyLHq), das in Aachen eine hochautomatisierte Pilotanlage auf den Weg bringt. Sie soll einen wichtigen Beitrag dazu leisten, dass Batteriepacks künftig nicht mehr mit hohem Aufwand manuell zerlegt werden müssen, sondern mit Hilfe von künstlicher Intelligenz für das bestmögliche Recycling aufbereitet werden können. „Schon heute ist eine Rückgewinnungsquote von bis zu 95 Prozent technisch machbar“, betont Kampker.
Zweiteinsatz in stationären Speichern
Doch längst nicht jede Batterie, deren Einsatzzeit im Elektrofahrzeug nach rund acht Jahren abgelaufen ist, muss direkt zum Recycling gegeben werden. Dass gebrauchte Akkus aus Elektrofahrzeugen mit gut 80 % Restleistung zunächst für weitere acht bis zehn Jahre ein „zweites Leben“ etwa in stationären Groß- oder Heimspeichern verbringen können, soll das PEM-initiierte und ebenfalls vom Bund geförderte Forschungsprojekt „FluxLiCon“ zeigen (http://hier.pro/CgXP1/). Dazu wird in Aachen derzeit ein „Second-Life-Speicher“ mit der Kapazität von 1 MWh errichtet. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen die heute noch schwierige Umwidmung von E-Mobil-Batterien in andere Anwendungen erleichtern.
Batterierecycling ist im großen Maßstab rentabel und klimafreundlich
Während des zweiten Lebenszyklus sinkt die Batteriekapazität dann jedoch beträchtlich. Bei einer Restleistung von etwa 50 % ist ein wirtschaftlicher Betrieb nicht mehr gewährleistet. Dann geht es unweigerlich zum Recycling. Auch wenn jede Recycling-Kette noch über unterschiedliche Prozessschritte und Technologien verfügt und daher keinen einheitlichen CO2-Fußabdruck aufweist: „Der Footprint der Materialien, die aus dem Batterierecycling kommen, ist schon heute geringer als derjenige der abgebauten Rohstoffe“, betont Vienenkötter und ist sicher: „Recycling im großen Maßstab wird rentabel und umweltfreundlich machbar sein.“
Kontakt:
Lehrstuhl PEM
RWTH Aachen University
Bohr 12
52072 Aachen
Mobil: +49 (0) 160 7898294
m.wyboris@pem.rwth-aachen.de
www.pem.rwth-aachen.de
Recycling-Studie:Kontakt für Interessenten
Anfragen und Bewerbungen von Industrie-Unternehmen zur Konsortialstudie „Growth in Battery Recycling: Analyse und Bewertung der Prozessketten und -technologien“ beantwortet PEM-Expertin Natalia Soldan per E-Mail an n.soldan@pem.rwth-aachen.de. Weitere Informationen stehen unter https://t1p.de/r4px8 zum Download bereit.
