Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen arbeitet im Forschungsprojekt „Kreislauf.IN.NRW“ mit industriellen Partnern an der Umsetzung eines ganzheitlichen Batteriezellen-Recyclings. Ziel des vom Ministerium für Umwelt, Naturschutz und Verkehr des Landes Nordrhein-Westfalen geförderten Vorhabens ist es, die Produktion und die Funktionsweise von Zellen mit einem bisher nicht realisierten Anteil von mehr als 80 Prozent recycelten Materials zu untersuchen.
Dafür sollen entlang der gesamten Batterie-Wertschöpfungskette Zulieferer und Prozessrouten gewählt werden, die die Anforderungen an die jeweiligen Batteriematerialien erfüllen und die CO2-Bilanz verbessern. Zur Einhaltung der Vorgaben aus der EU-Batterieverordnung bezüglich der Mindest-Recycling-Quoten beim Kathoden-Aktivmaterial gelte die Wiedereinführung solcher Materialien in die Batterieproduktion jedoch als unabdingbar.
Kostenintensive Aufbereitung von recycelbarem Graphit
„Die weltweite Batterie-Industrie verwendet teilweise schon recycelte Metallsalze wie Nickel- und Kobaltsulfat oder Lithiumhydroxid, aber das genaue Verhalten der Materialien in der Batteriezelle – zum Beispiel Alterung, Sicherheit und die notwendige Reinheit – sind nicht in vollem Umfang bekannt“, erklärt PEM-Leitungsmitglied Professor Heiner Heimes. Insbesondere das Anodenmaterial Graphit aus sekundären Quellen sei bislang unattraktiv. Dies liege in einer verschlechterten Morphologie des Aktivmaterials zum „End of Life“-Zeitpunkt, in einer stärkeren Verschmutzung etwa durch Binder sowie in technologischen und wirtschaftlichen Herausforderungen begründet. Die Aufbereitung recycelbaren Graphits gelte als äußerst kostenintensiv im Vergleich mit der Nutzung der Primärressource.
Recycling inaktiver Komponenten notwendig
Weitere Batteriekomponenten wie die Aluminium- und Kupfer-Ableiterfolien, der Separator und der Elektrolyt stellten ebenfalls Herausforderungen beim Recycling und bei der Wiederverwendung dar. Aktuell falle der Fokus meist auf die Aktivmaterialien, da sie 70 Prozent der Batterie ausmachten und die Rohstoffe kostbar seien. Um einen im Sinne der benötigten Kreislaufwirtschaft effektiven Rezyklat-Anteil zu erreichen, sei jedoch auch das Recycling inaktiver Komponenten notwendig. „Während das Recycling der meisten Batteriekomponenten technisch inzwischen möglich ist, wurde bis dato noch keine Batteriezelle hergestellt, die einen mindestens 80-prozentigen Rezyklat-Anteil aufweist“, sagt PEM-Leiter Professor Achim Kampker. Im Projekt „Kreislauf.IN.NRW“ soll das gelingen und eine skalierbare Prozessroute herausgearbeitet werden. Aus der Industrie sind die Unternehmen „NEUMAN & ESSER“, „Accurec Recycling“, „Iondrive EU“ und „Constantia Patz“ beteiligt.
