Im Projekt DiRecReg entwickeln vier Institute des KIT und sieben Unternehmen eine vollständige Prozesskette, um gebrauchte Batterien und Ausschuss besser zu verwerten. (Bild: KIT)
Das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) aus E-Autos erfolgt derzeit unter hohem Energie- und Chemikalieneinsatz. In dem groß angelegten Verbundprojekt DiRecReg entwickeln daher Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und Partner aus Industrieunternehmen eine vollständige Prozesskette, um gebrauchte Batterien effizienter zu verwerten, in dem sie die aktiven Komponenten funktionserhaltend zurückgewinnen. Das Bundesforschungsministerium fördert das Projekt mit knapp drei Millionen Euro.
Erhalten statt zerkleinern oder zersetzen
Aktuelle Verfahren zerkleinern die Batteriezellen und lösen die Aktivmaterialien bis auf die Molekülebene auf, um diese später in Form von Metallsalzen aus der Flüssigkeit zu gewinnen. Zwar lassen sich so bis zu 90 Prozent der kritischen Elemente wie Kobalt, Nickel oder Mangan wiedergewinnen, jedoch ist der Bedarf an Energie- und Chemikalien sehr hoch. Aus den gewonnenen Materialien muss zudem unter großem Energieaufwand und Rohstoffeinsatz Batteriematerial komplett neu hergestellt werden. Neuere Ansätze für Altbatterien und Produktionsausschüsse basieren auf dem direkten Recycling von Aktivmaterialien. Dabei werden die Aktivmaterialien nicht mehr vollständig aufgelöst, sondern stattdessen in die einzelnen Zellbestandteile zerlegt und dann mechanisch getrennt, um sie möglichst rein zurückzugewinnen.
Drei Millionen Euro für elf Partner
Das Projekt DiRecReg hat eine Laufzeit von drei Jahren und wird vom Bundesforschungsministerium mit 2,95 Millionen Euro gefördert. Das Projektkonsortium unter Federführung der Firma Weber Ultrasonics besteht aus zehn Partnern sowie einem assoziierten Partner. Es umfasst vier Institute des KIT – wbk Institut für Produktionstechnik, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik, Institut für Angewandte Geowissenschaften - Professur für Geochemie & Lagerstättenkunde und die Arbeitsgruppe Thin Film Technology – sowie sechs industrielle Partner: den Batteriezellhersteller PowerCo, den Wertstofftechnologie- und Recyclingkonzern Umicore, den Experten für Greif- und Handhabungstechnik Schunk, die Firma Fibro Läpple Technology als Anlagenintegrator sowie die Anlagenbauer Carl Padberg Zentrifugenbau und Weber Ultrasonics. Darüber hinaus unterstützt Siemens aus Steuerungs- und Digitalisierungssicht das Projekt im Rahmen einer assoziierten Partnerschaft.
Aktives Rückgewinnen noch in den Kinderschuhen
Bisher hat sich eine solche Prozesskette zum direkten Recycling in der Industrie jedoch nicht durchgesetzt. Noch lässt sich das Materialverhalten des Rezyklats nicht vorhersagen. Außerdem gibt es keine Kriterien und Regeln, um die Einsatzfähigkeit des gealterten Materials zu beurteilen. Darüber hinaus fehlt es noch an praxisnahen, wirtschaftlichen Lösungen, um die verschiedenen Batteriepacks ohne großen Aufwand bis hin zu den einzelnen Bestandteilen zerlegen zu können.
Diese Punkte greift das Verbundvorhaben auf und beschäftigt sich primär mit der Entwicklung einer agilen Prozesskette für das direkte Recycling von Lithium-Ionen-Batterien sowie der Regeneration der so wiedergewonnenen Aktivmaterialien. Wichtig sei dabei auch, dass der Prozess variabel auf verschiedene Ausgangsmaterialien der Batterieproduktion wie auch für Produktionsausschüsse zugeschnitten ist und unterschiedliche Batterieformate und Bauarten verarbeiten kann. Ein weiteres Ziel ist es, die energieintensiven Prozessschritte der zurzeit eingesetzten Recycling-Verfahren zu ersetzen und nachhaltig recycelte, hochwertige Sekundärmaterialien im Sinne einer Kreislaufwirtschaft zu liefern.
