Neue Ansätze beim Recycling von Lithium-Ionen-Akkus

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Lithium-Ionen-Akkus stecken in nahezu allen Haushaltsgeräten, in Elektroautos und E-Bikes. Doch wohin mit ihnen, wenn sie ausgedient haben? Je größer der Berg an Altakkus wird, desto dringender sind wir auf effizientes Batterierecycling angewiesen. Doch aktuelle Recyclingmethoden sind langwierig und energieintensiv. Neue Ansätze sollen das ändern.

Nach fünf bis zehn Jahren haben die Akkus von Elektroautos ausgedient. Sobald die Elektromobilität sich endgültig durchsetzt, wird die Zahl der Altakkus enorm steigen. Weil wertvolle Batteriebestandteile wie Nickel, Lithium, Kupfer, Kobalt und Mangan teuer und ihre Reserven begrenzt sind, gewinnt Batterierecycling in Zukunft stark an Bedeutung. Dabei muss der Fokus auf umweltschonenden Methoden liegen.

Batterierecycling ist heute noch Handarbeit

Der größte Anbieter für das Recycling von Technologie- und Edelmetallen ist Umicore. Das belgische Unternehmen zerlegt große Fahrzeugakkus zunächst in Handarbeit und schmilzt anschließend die Batteriezellen ein, in denen die wertvollen Metallverbindungen stecken. Die Schmelze wird aufgefangen, die Metalle separiert und weiterverarbeitet. Umicore arbeitet so jedes Jahr 7.000 Tonnen Batteriematerial auf und gewinnt 95 Prozent des Kobalts und Nickels zurück. Auch Lithium, dessen Rückgewinnung sich früher nicht lohnte, wird heute aus der Schlacke extrahiert und erneut verwendet. Die Nachfrage danach ist stark angestiegen. Andere Firmen arbeiten mit hydrometallurgischen Verfahren, um die Metalle beispielsweise mithilfe von Säuren aus dem Elektrodenmaterial als Salze herauszulösen.

Neue energiesparende und umweltschonende Ansätze

Der Nachteil dieser Verfahren ist, dass sie viel Energie brauchen und teilweise giftige Dämpfe entstehen. Deshalb arbeiten Forscher an umweltschonenden Methoden für das Batterierecycling: Zum Beispiel die Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS, die neue Methoden entwickelt und testet. Statt die Batteriezelle zu schmelzen, wollen die Forscher ihre Bestandteile durch schockartige elektrische Entladungen voneinander trennen. Dabei brechen die einzelnen Komponenten an den Schwachstellen auf. Das Verfahren funktioniert und wird bei Platinen und Solarzellen schon eingesetzt, unklar ist, ob es sich bei Autobatterien wirtschaftlich rechnet, wo viel höhere Ströme nötig sind. Am Fraunhofer IWKS arbeiten die Forscher aber nicht nur an Recyclingverfahren, sondern auch an Konzepten, ganze Batteriekomponenten wiederzuverwenden, etwa für stationäre Anwendungen.

Ein anderer Ansatz ist das Herauslösen der Metalle durch ein biologisch abbaubares Lösemittel. Wissenschaftlern der Rice University in Houston konnten damit im Labor 95 Prozent des Kobalts und Lithiums aus der Batteriekathode herauslösen. Sie verwendeten eine Kombination der Alkohole Ethylenglykol und Cholinchlorid, die eine stark eutektische Flüssigkeit ergeben. Beim Erhitzen löst das umweltfreundliche Mittel Kobalt und Lithium aus den Metalloxiden heraus. Bisher funktioniert dieses Verfahren allerdings nur im Labormaßstab.

Einheitliche Standards und intelligentes Batteriedesign nötig

Inwieweit sich diese und andere Ansätze im industriellen Maßstab anwenden lassen, wird die weitere Forschung zeigen. Damit Batterierecycling automatisiert ablaufen kann, müssen Batterien zudem nach einheitlichen Standards hergestellt werden. Das ist heute noch nicht der Fall: Es gibt eine Vielzahl von Akkutypen auf dem Markt, die zudem nicht für die Wiederverwertung gebaut sind. Künftig muss das Thema Recycling also bereits in die Entwicklungsarbeit einfließen.

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