Batterie-Recycling : Viel zu kostbar für die Müllhalde
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Alte Lithium-Ionen Akkus: Es werden täglich mehr. Bild: Umicore
In Lithium-Ionen-Akkus stecken wertvolle Metalle. Die Stromspeicher müssen effizient recycelt werden, soll sich die Elektromobilität durchsetzen.
Lithium-Ionen-Akkus gelten wegen ihrer hohen Energiedichte als das Nonplusultra unter den Energiespeichern. Sie versorgen bereits fast alle Smartphones, Laptops und viele Haushaltsgeräte mit elektrischer Energie und auch immer mehr E-Bikes und Elektroautos mit Strom. Und der Markt der Elektromobilität beginnt erst zu boomen. Damit entsteht ein neues Problem: wohin mit den vielen ausgedienten Akkus, wenn ihre Kapazität nach fünf bis zehn Jahren zur Neige geht?
Für den Abfall sind die Energiespeicher viel zu kostbar. (Sie in den Müll zu werden, ist ohnehin verboten.) Denn sie enthalten wertvolle Metalle wie Nickel, Kupfer, Mangan und Kobalt. Die weltweiten Reserven vieler Elemente sind begrenzt, und die Minen befinden sich zum Teil in politisch höchst instabilen Regionen der Erde. Und so gewinnen das sachgemäße Recycling von Lithium-Ionen-Batterien und die Rückgewinnung der Metalle zunehmend an ökologischer und wirtschaftlicher Bedeutung. Aktuellen Schätzungen zufolge könnten bis 2020 weltweit mehr als 100.000 Tonnen an Altbatterien allein aus Elektroautos anfallen. Tendenz steigend.
Lithium-Ionen-Akkus werden schon heute gesammelt und großtechnisch aufbereitet. Die gewonnenen Metalle werden wiederverwendet. Bislang holt man vor allem die schweren Metalle, insbesondere Nickel und Kobalt, heraus. Kobalt, dessen Nachfrage zuletzt gestiegen ist und dessen identifizierte Reserven auf sieben Millionen Tonnen (Stand 2016) geschätzt werden, steckt zusammen mit Lithium, Mangan und Nickel in Form eines Mischoxids in der Kathode.
Die Materialkombination sorgt letztlich für die hohe Lebensdauer, Energie- und Leistungsdichte der Batterie. Dem Alkalimetall Lithium hat man bis vor eineinhalb Jahren vergleichsweise wenig Beachtung geschenkt. Seine Rückgewinnung war bislang nicht rentabel genug. „Das hat sich mittlerweile geändert, da auch hier die Nachfrage stetig wächst,“ sagt Matthias Buchert, Bereichsleiter für Ressourcen und Mobilität vom Öko-Institut mit Sitz in Darmstadt.
Recycling im großtechnischen Maßstab
Beim Recyceln einer großen Antriebsbatterie aus Elektrofahrzeugen geht man üblicherweise wie folgt vor: Zunächst wird das Batteriesystem entladen, Gehäuse, Kabel und Batterieelektronik werden mit Akkuschraubern separiert. Die Metalle lassen sich etwa dadurch zurückgewinnen, dass man die Batteriemodule, die das Zellmaterial enthalten, in einem Schmelzofen bei rund 1400 Grad so lange erhitzt, bis die Metalle schmelzen und eine Legierung bilden. Die Schmelze wird danach aufgefangen, und die Metalle werden anhand ihrer unterschiedlichen Schmelzpunkte und Dichten separiert und weiter aufbereitet. „Dieses Verfahren nutzt die größte europäische Recyclingfirma für Technologie- und Edelmetalle Umicore in Belgien, um jährlich 7000 Tonnen Batteriematerial aufzubereiten“, sagt Buchert. Die Ausbeute von Kobalt und Nickel betragen jeweils mehr als 95 Prozent. Aus den Metallverbindungen wird neues Kathodenmaterial gefertigt. Das Lithium wird aus der Schlacke des Schmelzprozesses extrahiert und wiederverwertet. Zahlreiche kleinere Firmen nutzen zudem hydrometallurgische Verfahren, bei denen die Metalle effizient aus dem Elektrodenmaterial mit Hilfe etwa von Säuren als Salze herausgelöst werden.
