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Das Thema Batterierecycling wird künftig eine viel größere Rolle spielen als heute. Dazu müssen die Abläufe bei der Aufbereitung von gebrauchten Akkus jedoch schneller werden. Der Fachbereich Bauingenieurwesen der FH Münster arbeitet im Projekt DemoSens an einem automatisierten digitalen Verfahren zum Batterierecycling.
Verschiedene Batterietypen machen das Recycling ineffizient
Lithium-Ionen-Batterien sind überall enthalten, ob im Elektroauto, im Rasenmäher oder im Stromspeicher. Nach ihrer Nutzungsdauer sollten sie recycelt werden, um die enthaltenen Rohstoffe in neuen Batterien wiederzuverwenden. Doch es gibt keinen einheitlichen Standard bei den Akkus: Verschiedene Zellformen und Zellchemien, etwa Nickel-Mangan-Cobalt (NMC) oder Lithium-Eisen-Phosphat (LFP), erschweren ein effizientes Recycling.
Bisher werden Batterien manuell auseinandergenommen
Damit die wertvollen Batteriebestandteile weiterverwendet werden können, ist eine zeitaufwändige Demontage der Batterien nötig. Diese läuft jedoch bisher manuell ab, was sehr zeitaufwendig ist. Anschließend werden die zerkleinerten Batteriemodule über Sichtung oder Siebung aufbereitet.
Ein QR-Code soll künftig alle wichtigen Daten liefern
Das automatisierte Verfahren, das die FH Münster mit DemoSens entwickelt, umfasst die gesamte Kette von Demontage, Sortierung und mechanischer Aufbereitung. Für ein effizienteres Recycling arbeitet das Forscherteam an einem Kennzeichnungssystem, das vor allem die Demontage unterstützt.
Ein Label mit QR-Code enthält einerseits Informationen für die automatisierte Demontage, aber auch Informationen zu allen verbauten Rohstoffen. Eine entsprechende Verordnung, die Hersteller zu einem solchen Label verpflichtet, ist auch gerade bei der EU-Kommission in Arbeit.
Automatisierte Demontage mit Robotern
Für die automatisierte Demontage errichtet die FH Münster in einer Pilotanlage ein Robotersystem für große und schwere Komponenten. Dieses kann die Altbatterien mithilfe optischer Sensorsysteme und verschiedener Trennverfahren bis auf Modul- bzw. Zellebene auseinandernehmen. Um sicherzustellen, dass der Roboter die Arbeitsschritte selbstständig und selbstregulierend durchführen kann, entwickeln die Forscher angepasste Machine-Learning-Verfahren.
Anschließend werden die aus der mechanischen Aufbereitung resultierenden Batterieteile weiter aufbereitet bzw. sortiert. Das Robotersystem kann dank einer sensorbasierten Materialerkennung die einzelnen Komponenten entsprechenden Sortierfraktionen zuführen. Das erhöht die Effizienz und Flexibilität des anschließenden Recyclings.
Der Schwerpunkt in Münster liegt auf Kupfer und Aluminium
Die FH Münster hat den Fokus auf einer frühzeitigen sortenreinen Rückgewinnung von Kupfer und Aluminium. Denn diese Metalle kommen in der Forschung zum Batterierecycling aktuell meist zu kurz. Sie sind in einer Elektroauto-Batterie an verschiedenen Stellen zu finden: in der Kathode und Anode, im Gehäuse und in Stromleitschienen.
Im Rezyklat sind die beiden Metalle meist als Mischung vorhanden, deshalb geht Aluminium im Recyclingverfahren normalerweise verloren. Eine Versuchsreihe mit Maschinenherstellern hat jedoch gezeigt, dass eine Unterscheidung und Trennung mit verschiedenen Maschinen grundsätzlich möglich ist. Die Ergebnisse der Versuche werden nun ausgewertet.
DemoSens wird vom BMBF gefördert
Das Projekt DemoSens gehört zum Kompetenzcluster Recycling/Grüne Batterie, kurz Green Battery des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Neben der FH Münster sind verschiedene Institute der RWTH Aachen University als Projektpartner beteiligt: Das Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling (IME), das Institut für Unternehmenskybernetik e.V. (IfU) sowie der Production Engineering of E-Mobility Components (PEM). DemoSens läuft noch bis zum 30. September 2023.
Quelle / Weiterlesen
Forschung für hochwertiges Batterierecycling an der FH Münster | Windkraft-Journal
Bildquelle: © FH Münster/Michelle Liedtke