Wie Batterien besser verwertet werden können

Die Elektromobilität ist nicht mehr zu stoppen. Nach Schätzungen des Forschungsinstituts CAM dürfte der globale Absatz inklusive Nutzfahrzeuge 2018 bei 2,1 Mio. Elektrofahrzeugen liegen. Rund 60 Prozent der E-Fahrzeuge werden in China verkauft. Im laufenden Jahr rechnet CAM damit, dass die E-Fahrzeugverkäufe um rund 40 Prozent auf 2,7 Millionen Einheiten zulegen. Der Marktanteil steigt dann von 2,4 auf dann rund 3,1 Prozent. Unbestritten ist der Beitrag der E-Mobilität zu einer CO2-Reduzierung, falls nur regenerative Energien zum Einsatz kommen. Doch weil die Batterien auch problematische und teils endliche Rohstoffe enthalten, steigt der Bedarf für eine umweltgerechte und möglichst ressourcenschonende Wiederverwertung der Akkus.

So geht das Fraunhofer-Institut davon aus, dass allein in den USA bis zum Jahr 2020 rund 500 Millionen Lithium-Ionen-Batteriezellen zur Entsorgung anfallen. Je nach technologischer Entwicklung könnten es 2030 bereits 4,5 Milliarden solcher Zellen sein. "Dies betrifft nicht nur beispielsweise durch einen Unfall beschädigte Batterien, sondern auch intakte gebrauchte Batterien", heißt es in einem Positionspapier der Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie mit Sitz in Alzenau bei Frankfurt. So sei bei weniger als 80 Prozent der ursprünglichen Ladekapazität in der Regel das Ende der Lebensdauer erreicht. Auch bei einer weiteren Verwendung etwa als stationärer Speicher steht irgendwann die Entsorgung an.

Um die hohe Energie im Einsatz von Elektroautos bereitzustellen, enthalten Batterien jedoch kritische Rohstoffe wie Lithium, Kobalt Nickel oder Grafit, die teils unter schwierigen Bedingungen in nur wenigen Ländern abgebaut werden. Wegen der hohen Nachfrage hat sich etwa der Preis für eine Tonne Kobalt in den vergangenen zwei Jahren von 23.000 auf 90.000 Dollar vervierfacht. Der Kobalt-Anteil lässt sich aber nicht beliebig reduzieren. Das Fraunhofer-Institut plädiert daher dafür, "möglichst alle verwendeten Stoffe im Sinne einer geschlossenen Kreislaufwirtschaft zurückzugewinnen und wiederzuverwerten". Derzeit liegt die Sammelquote bei lediglich 45 Prozent.

"Das Recycling wird in den nächsten Jahren massiv an Bedeutung gewinnen", sind die Forscher angesichts der weiteren Verbreitung von E-Fahrzeugen überzeugt. Die bisherigen verwendeten Verfahren wie das Schreddern und Mahlen, das Aufschmelzen zur Rückgewinnung von Kobalt, Nickel und Kupfer sowie die elektrochemische Ausscheidung der Elemente seien jedoch unzureichend. So sollten auch andere Bestandteile wie Lithium oder Grafit gewonnen werden. "Denn Lithiumbatterien sind wegen der enthaltenen wertvollen Metalle bereits heute rentable Abfallströme", heißt es in dem Positionspapier. Wegen der hohen Kosten gibt es bisher aber nur wenige kommerzielle Verwerter.

Die Forscher plädieren daher Logistikströme mit fest definierten Prozessen von der Sammlung über den Transport bis hin zur Lagerung zu entwickeln – zumal es sich bei Lithium-Ionen-Zellen teils um Gefahrgüter mit Brandrisiko handle. Gleichzeitig gelte es, immer den gesamten Wertstoffkreislauf einer Batterie zu betrachten und beteiligte Akteure wie Designer, Hersteller, Zulieferer, Nutzer, Recycler und Kunden des Recyclingprodukts frühzeitig einzubinden. Als hilfreich wird die Entwicklung alternativer Techniken wie das elektrohydraulische Verfahren angesehen. Damit kann das Aktivmaterial Nickel-Mangan-Kobalt und der Grafit leichter als Pulver von anderen Stoffen getrennt werden.

In einem Forschungsprojekt haben die Forscher nach eigenen Angaben erreicht, dass sich aus dem so gewonnenen Material direkt wieder neue Lithium-Ionen-Zellen fertigen lassen. Ein geschlossener Kreislauf sei damit möglich – vorausgesetzt, die notwendigen Rahmenbedingungen und Infrastruktur würden aufgebaut.

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