Technik

Zerlegen statt schmelzen: So will das Fraunhofer Institut Akku-Recycling voranbringen

von
Sabrina Lieb

In Zukunft werden immer mehr gebrauchte E-Auto-Batterien im Umlauf sein. Das Fraunhofer Institut hat sich nun das Thema Akku-Recycling genauer angeschaut.

Ein Stecker eines Elektroautos steckt in einer Ladebuchse.
Wenn der Akku eines Elektroautos ausgedient hat, lassen sich die Rohstoffe recyceln – mit einigen neuen Methoden sogar sehr erfolgreich. Foto: Shutterstock / pim pic

Das erfahren Sie gleich:

  • Warum Batterie-Recycling ein Mittel gegen die Knappheit von Lithium, Kobalt & Co. sein könnte
  • Wie das Fraunhofer Institut bei recycelten Akkus einen Wirkungsgrad von bis zu 75 Prozent erreicht hat
  • Wie das Recycling Europa unabhängiger vom Weltmarkt machen soll
  • Welche Entwicklungen es weltweit beim Recycling gibt

Das Zukunftsfeld der Elektromobilität kommt mit vielen Chancen und Herausforderungen angebraust. Aber auch im Bereich der dafür notwendigen Rohstoffe ergeben sich neue Themenfelder, für die es innovative Lösungen braucht. So zum Beispiel bei den Batterien. Lithium und Kobalt gelten hier als Schlüsselelemente der Elektromobilität. Beide Metalle stecken in den Lithium-Ionen-Akkus, die wegen ihrer hohen Energiedichte als Powerpakete unter den wiederaufladbaren Energiespeichern gelten.

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Schon in den vergangenen Jahrzehnten versorgten sie Handys, Smartphones und Laptops mit elektrischer Energie. Doch mit dem Boom der Elektromobilität könnten die Weltmarktpreise in die Höhe schnellen, denn die weltweiten Reserven sind begrenzt und befinden sich teilweise in politisch instabilen Regionen. Hier könnte eine Rohstoffknappheit die weitere Entwicklung der E-Mobilität deutlich ausbremsen, dabei müsste sie das im Grunde nicht.

Hat eine Batterie ausgedient, so ist ihre Ladekapazität meist noch so hoch, dass sie theoretisch wiederverwendet werden könnte – zumindest was ihre Bestandteile betrifft. Second Life ist hier das Stichwort. Eine Fraunhofer-Forschungsgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie (IWKS) arbeitet nun an einer neuen Möglichkeit, wie sich aus den Altprodukten in Elektroauto-Batterien neue Wertstoffe gewinnen lassen.

Bis zu 75 Prozent Wirkungsgrad bei recycelten Batterien

Einer der Ansätze der Forschungsgruppe, die an den Standorten Hanau und Alzenau arbeitet, besteht darin, die Akkus nicht zu schmelzen sondern sie zu zerlegen. Hierfür werden die Batterien bereits gesondert gesammelt. Bei dem Zerlegungsverfahren kommt die sogenannte Elektrohydraulische Zerkleinerung zum Einsatz. Dabei wird eine Schockwelle mittels elektrischer Entladung durch ein Medium – in der Regel Wasser – geleitet.

Dadurch lassen sich die Akkus mechanisch beanspruchen und die Materialgrenzen werden brüchig. Im Ergebnis lassen sich so die einzelnen Bestandteile leichter voneinander abtrennen, wodurch sich das sogenannte "Aktivmaterial" der Akkus zurückgewinnen lässt. Dieses schwarze Pulver aus dem Innenleben der Energiespeicher enthält wertvolle Metalle, darunter Kobalt oder Nickel. Diese Wertstoffe haben bereits einen relativ hohen Reinheitsgrad, weshalb sich daraus neue Batteriezellen herstellen lassen.

Aus diesen Produktionsausschüssen konnten die Forscher bereits auf der Laborebene erfolgreich neue Akkus herstellen. Dabei wiesen die recycelten Batterien bis zu 75 Prozent des ursprünglichen Wirkungsgrades auf, was sich zweifelsohne als einen großen Schritt auf dem Weg zu mehr Ressourceneffizienz in der Batterietechnik bezeichnen lässt.

Ein Elektromotor mitsamt Batterie.
Die Nachfrage nach Rohstoffen für neue E-Auto-Batterien steigt stetig – jetzt will auch das Fraunhofer Institut das Recycling alter Akkus voranbringen. Foto: Shutterstock / Alison Hancock

Recycling von Akkus soll auch Europas Abhängigkeit senken

Auf Labor folgt Praxis: Nach aktuellem Stand sind schon die ersten vielversprechenden Versuche mit Industriepartnern an den Start gegangen. Würde es gelingen, das innovative Verfahren mittels Beimischung in der Produktion auch nach dem Industriemaßstab umzusetzen, ließen sich kritische Rohstoffe wie etwa Lithium, Nickel, Kobalt und Mangan ohne große Verluste wiederverwenden.

Bestehende Verfahren optimieren und neue etablieren – durch ihre Forschungsarbeiten erhofft sich die Gruppe, das Recyceln von Altbatterien wirtschaftlicher und umweltschonender zu machen. Darüber hinaus zielen die Fragestellungen der Experten auch auf die sinkende Abhängigkeit Europas. Etwa mit Blick auf die Importe dieser Materialien.

Ab in die Recyclingmühle: Bis zu 10.000 Tonnen Altbatterien pro Jahr

Mit der wachsenden Bedeutung der E-Mobilität, wird die Anzahl der benötigten Energiespeicher und Hochleistungsbatterien steigen. Damit wird zweifelsohne auch ihre Entsorgung immer mehr in den Fokus rücken. Aktuellen Schätzungen zufolge werden mehr als 100.000 Tonnen an Altakkus aus Elektroautos bis zum Jahre 2020 weltweit anfallen. Eine Lösung kommt aus dem Hause REDUX. Das weltweit führende Batterie-Recyclingunternehmen aus Offenbach am Main kann nach eigenen Angaben über 80 Prozent der am Markt befindlichen Batterien verwerten.

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Im Juni dieses Jahres hat das Unternehmen ein innovatives Recycling-Projekt von Lithium-Ionen-Batterien in Bremerhaven in den Betrieb genommen. Damit sollen bis zu 10.000 Tonnen Altbatterien pro Jahr in die Recycling-Mühle wandern. Auch der belgische Materialtechnologie- und Recyclingkonzern Umicore will seine Recyclingkapazität im nächsten Jahrzehnt im Einklang mit dem Marktwachstum für E-Fahrzeuge erhöhen.

Vielversprechende Ansätze kommen auch aus China. Dort wurden 17 Städte und Regionen ausgewählt, die an einem Pilotprojekt zum Recycling gebrauchter Elektrofahrzeugzeug-Batterien teilnehmen. Damit möchte die Regierung auf die möglichen Umweltgefährdungen aufmerksam machen. Mit dem derzeitigen Status des Landes als weltweit größter Markt für Neufahrzeuge keine schlechte Ausgangsbasis.

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