Auswirkungen von Batterie-Recycling auf die Umwelt

Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ionen-Batterien) finden unter anderem in Konsumgütern, Elektro- und Hybridelektrofahrzeugen (EV/HEV) und stationären Energiespeichern Verwendung. Laut Yole Intelligence soll es bis 2027 mehr als 1.200.000 Tonnen Lithium-Ionen-Akkus geben, die das Ende ihrer Laufzeit erreicht haben. Derzeit wird nur ein kleiner Teil recycelt, während der Rest auf Deponien landet. Daher wird der gesamte Lithium-Ionen-Batterie-Recyclingmarkt nach Meinung der Analysten bis 2027 ein Volumen von rund 750.000 Tonnen erreichen.

Heute ist die Nachfrage nach Li-Ionen-Akkus bei EV/HEVs am Größten. Ein rasches Wachstum des Marktes für Elektrofahrzeuge ist entscheidend, um die sich abzeichnende Klimakrise zu lösen und das globale Ziel einer Verringerung der Kohlendioxidemissionen zu erreichen. Obwohl sich der zunehmende Einsatz von Lithium-Ionen-Batterieanwendungen positiv auf den technologischen Fortschritt und die Dekarbonisierung auswirkt, wirft er ein neues Nachhaltigkeitsproblem auf den Batterieabfall.

Da die Popularität von Elektrofahrzeugen exponentiell wächst, wächst auch der Haufen von Alt-Lithium-Ionen-Akkus, die einst diese umweltschonenden Autos angetrieben haben. Die Entsorgung von Li-Ionen-Batterien in Deponien birgt viele potenzielle Risiken, da sie Boden und Wasser kontaminieren können und zusätzlich die in den Batterien verwendeten Elektrolyte giftig und brennbar sind.

Gleichzeitig steigt mit der exponentiell wachsenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen auch die Nachfrage nach den Rohstoffen, die in diesen Batterien verbaut sind. Dazu zählen etwa Kobalt, Nickel, Lithium, Graphit. In Zukunft könnten sich aufgrund der rasch wachsenden Nachfrage nach EV/HEV-Batterien Engpässe bei Lithium-Ionen-Batterien entwickeln. Die Gewinnung von Rohstoffen aus Bergwerken ist kostenintensiv und birgt sowohl ökologische als auch soziale Probleme. Auch die geo-politische Konzentration dieser Elemente birgt Risiken. Beispielsweise ist der Kobaltmarkt stark konzentriert, wobei mehr als die Hälfte des gesamten Kobalts in der Demokratischen Republik Kongo abgebaut und fast die Hälfte des gesamten Kobalts in China raffiniert wird. Ebenso wird die Lithiumproduktion von Australien dominiert, und das „Lithiumdreieck“, ein Gebiet im Dreiländereck Argentiniens, Boliviens und Chiles, hält rund 50 % der Lithiumressourcen der Welt. Russland liefert etwa 20 % des batteriegeeigneten Nickels, mindestens 99,8 % rein. Eine Unterbrechung der Versorgung mit diesen Rohstoffen aus geopolitischen Gründen wie etwa durch Krieg kann das Funktionieren der Lieferkette für Lithium-Ionen-Batterien beeinträchtigen, was zu Engpässen oder schnellen Preissteigerungen führen kann. Die Rückgewinnung wertvoller Rohstoffe aus Altbatterien durch Recy-cling kann als zusätzliche Quelle („Sekundärbergbau“) für diese Rohstoffe angesehen werden. Darüber hinaus trägt die Beschaffung von Rohstoffen aus dem Recycling dazu bei, die Umweltbelastung durch den Rohstoffabbau zu verringern. Es kann auch die geopolitischen Probleme im Zusammenhang mit der Beschaffung von Rohstoffen aus dem Bergbau schwächen. Tatsächlich kann das Recy-cling von Batterien im Inland zur Rückgewinnung kritischer Mineralien die Abhängigkeit von ausländischen Primärrohstoffen bei einem knappen Angebot verringern.

Es gibt verschiedene Recycling-Verfahren für Li-Ionen-Batterien. Zur Rückgewinnung von Wertstoffen aus Alt-Li-Ionen-Batterien nutzen Recycling-Unternehmen in der Regel eine physikalische Vorbehandlung gefolgt von metallurgischen Prozessen. Die meist verwendeten metallurgischen Verfahren zur Wiederverwertung von Batterien sind die Pyrometallurgie und die Hydrometallurgie. Die Reinigung der Rezyklate erfolgt mit einem hydrometallurgisches Verfahren.

Kein Recycling-Prozess ermöglicht eine 100%ige Rohstoffrückgewinnung. Die Rückgewinnungsrate hängt von vielen Faktoren. Die aktuelle Wiederverwertungsquote für Li-Ionen-Batterien liegt bei etwa 50 - 60 %. Viele Recyclingunternehmen arbeiten jedoch daran, dies zu verbessern.

Lithium-Ionen-Batterie-Recycling ist eine aggressive Industrie, und viele Unternehmen sind bereits beteiligt. Zu den führenden Anbietern von Lithium-Ionen-Batterie-Recycling sind Umicore (Belgien), Glencore International (Schweiz), Akkuser (Finnland), Retriev Technologies (USA) und Brunp Recycling Technology, Huayou Cobalt und GEM, alle in China.

Da der EV/HEV-Markt schnell wächst, wird es in den kommenden Jahren eine große Menge Altbatterien für das Recycling geben, da die Lebensdauer der EV/HEV-Batterien etwa acht Jahre beträgt. Derzeit gibt es weltweit keine einheit-lichen Rechtsvorschriften für das Recy-cling von Li-Ionen-Batterien. Viele Länder haben klare gesetzliche Regelwerke. Im Unterschied dazu, werden in vielen Ländern wie Indien immer noch Verordnungen für das Recycling entwickelt. Im Allgemeinen sind Automobilhersteller und Batteriehersteller verpflichtet, ihre Altbatterien zu recyceln. Die meisten Automobil- und Batteriehersteller bewerten bereits verschiedene Recyclingunternehmen und suchen die besten Batterie-Re-cycling-Partner. Ford und Volvo gingen etwa eine Partnerschaft mit Redwood Materials ein, während Audi und MG Motors mit Umicore kooperieren. Weiterhin gibt es Koopertationen zwischen General Motors und LG Energy Solution mit Li-Cycle, um Ultium-Batterien zu recyceln sowie eine Partnerschaft zwischen Primobius und Mercedes-Benz für Altbatterien.

Zu den wichtigsten Bewertungsfaktoren zählen die Umweltkriterien in Bezug auf die Recyclingverfahren (pyrometallurgische, hydrometallurgische), verschiedene Prozessschritte und eingesetzte Chemikalien sowie die Recyclingfähigkeit. Da Elektrofahrzeuge sehr hohe Leistung von ihren Batterien verlangen, muss die Kapazität der Batterie ausgetauscht werden, sobald sie nach 8 - 10 Jahren auf 70 bis 80 % sinkt. Zu diesem Zeitpunkt kann der Akku jedoch noch viel laden und entladen, und somit für die Speicherung in weniger intensiven Anwendungen („Second-Life-Anwendungen“) genutzt werden, etwa in der stationären Energiespeicherung. Derzeit werden die meisten Altbatterien direkt recycelt. Viele Automobilhersteller und Energiespeicherunternehmen haben jedoch Pilot- und Geschäftsinitiativen gestartet, um Second-Life-Anwendungen für Batterien von gebrauchten Elek-trofahrzeugen zu untersuchen (z. B. Partnerschaften zwischen Nissan und Enel; Mercedes-Benz und Batteryloop).

Second-Life-Batterien bieten enorme Wertschöpfungsmöglichkeiten in der Batterie-Recycling-Lieferkette. Es gibt jedoch viele technische, wirtschaftliche und regulatorische Herausforderungen, die Unternehmen daran hindern, ein wirtschaftlich tragfähiges Geschäftsmodell für Second-Life-Batterien umzusetzen.

Obwohl das Recycling von Li-Ionen-Batterien viele positive Auswirkungen hat, bringt es mehrere wesentliche Herausforderungen mit sich, die vom Sammeln der Altbatterien bis hin zu chemischen Prozessen reichen. Das Recycling eines Li-Ionen-Akkus ist gefährlich, kompliziert und teuer, aber das Recycling von Batterien für Elektrofahrzeuge steht vor noch größeren Herausforderungen, da sie enorm groß sind und der gesamte Akku-Pack demontiert werden muss: Solche Akku-Packs enthalten viele gefährliche Materialien und haben hohe Spannungen. Batterie-Recycling wird aufgrund einer fehlenden Standardisierung des Batteriepacks, der Batteriezellengrößen und -formaten sowie komplexen, mehrteiligen Batteriechemien und des Trends zur Reduzierung des Gehalts an wertvollen Materialien immer schwieriger.

Da Elektrofahrzeuge weltweite die Nachfrage nach Batterien antreiben, konzentrieren sich die meisten technologischen Innovationen und die Entwicklung auf EV-Batteriezellen. In Bezug auf die Batteriechemie ist Nickel-Mangan-Kobaltoxid (NMC) heute die am häufigste verwendete Kathode in EV-Batterien. Es gibt jedoch einen deutlichen Trend zur Reduzierung des Kobaltgehalts durch die Verwendung von Materialien wie NMC811 und NMC721. Gleichzeitig besteht ein erneutes Interesse an Lithium-Eisen-Phosphat (LFP), da es trotz seiner relativ geringen Energiedichte kostengünstiger ist. Da der Kobaltgehalt von Batteriechemikalien mit der Zeit abnimmt und Materialien wie LFP an Popularität gewinnen, sinkt der Wert, der sich aus Materialien generieren lässt. Das macht die Wirtschaftlichkeit des Recyclings zu einer größeren Herausforderung. Das gewinnbringende Recycling von kobaltarmen EV-Batterien wird von direktem Recycling oder anderen neuen Verfahrensentwicklungen mit niedrigen Recyclingkosten abhängen. Ohne Fortschritte könnten Batterie-Recycling-Verfahren auf staatliche Subventionen oder Vorschriften angewiesen sein, um die Entsorgung von wertvollen und knappen Materialien zu verhindern.

Lithium-Ionen-Batterie-Recycling ist eine dynamische Industrie. Mit der rasanten Akzeptanz von Elektrofahrzeugen wird die Nachfrage nach Li-Ionen-Batterien sowie das Recycling von Li-Ionen-Batterien in den kommenden Jahrzehnten deutlich steigen. Obwohl der Batterie-Recyclingmarkt wächst, ist der potenzielle Markt viel größer als derzeit. Der Recyclingmarkt kann erheblich zunehmen, wenn die Regierungen die Vorschriften für die Sammlung und das Recycling von Altbatterien verschärfen und die Menschen auf die Bedeutung des Batterie-Recyclings aufmerksam machen. (prm)