Evonik will das Recycling von Lithium einfacher, wirtschaftlicher und umweltschonender machen. Das Metall sei für Antriebsbatterien in Millionen von E-Autos unverzichtbar. Doch nach Gebrauch ende es heute noch zu rund 95 Prozent im Müll, so das Chemieunternehmen. Evonik-Forscher hätten daher neue Wege beschritten und setzten für ein effizientes Lithium-Recycling auf einen elektrochemischen Prozess mit einer Keramikmembran.
Die neue Technik durchläuft laut einer Mitteilung derzeit im Versuchsmaßstab Tests. Sie zeichne sich durch hohe Effizienz aus und liefere hochreines, für die Fertigung neuer Batterien geeignetes Lithiumhydroxid, erklärt Evonik. Das Unternehmen ist zuversichtlich, das Keramikmembran-Verfahren in drei bis fünf Jahren bis zur Marktreife entwickelt zu haben.
Elisabeth Gorman, Evonik-Expertin für Lithium-Recycling: „In ein paar Jahren sind viele Lithium-Ionen-Batterien am Ende ihrer technischen Lebenszeit. Sprunghaft steigen damit bald also auch die Mengen an Altbatterien, die sich fürs Lithium-Recycling eignen. Außerdem entstehen gerade neue Produktionsstätten, um für E-Autos auch in Europa massenhaft Antriebsbatterien herzustellen. Da fällt lithiumhaltiger Produktionsausschuss an. Ein dritter Faktor ist der Gesetzgeber – speziell in der EU drängt er mehr und mehr darauf, dass wertvolle Rohstoffe dem Wertschöpfungskreislauf erhalten bleiben. Für Cobalt und Nickel gelingt das schon gut – bei Lithium mit einer Rückgewinnungsrate von derzeit unter 5 Prozent noch nicht.“
In der EU müssen in vier Jahren künftig mindestens 35 Prozent des in Altbatterien enthaltenen Lithiums zurückgewonnen werden. Ab 2030 muss der Anteil auf 70 Prozent steigen. Auch China und die USA haben bereits staatliche Regelungen für die Aufarbeitung von Lithium.
Bisherige Prozesse zur Wiedergewinnung von Metallen aus Altbatterien basieren entweder auf Schmelzverfahren (pyrometallurgisch), auf Laugungsverfahren (hydrometallurgisch) oder auf einer Kombination von beidem. Für die Rückgewinnung von Cobalt und Nickel haben sich diese Verfahren bewährt. Auch konventionelle Aufarbeitungsmöglichkeiten für Lithium haben hydrometallurgische Verfahren als Basis. Sie sind jedoch kostenintensiv, benötigen viel Energie und Wasser, eine Reihe von Zwischenschritten und zusätzliche Chemikalien.
Lithium-Ionen-selektive Keramikmembran
Evonik entwickelt eine Lithium-Ionen-selektive Keramikmembran, sie ist Kernstück eines elektrochemischen Verfahrens. Lithiumsalze sollen sich damit zielgenau und effizient aus Batterieabfällen zurückgewinnen lassen, unter möglichst geringem Einsatz von Energie und Chemikalien. Ausgangsstoff dabei ist Schwarzmasse. So nennen Fachleute das, was von ausgedienten Lithium-Ionen-Akkus übrigbleibt, nachdem Kunststoffteile entfernt sind und der Rest zu Pulver zermahlen ist. Das Schwarzmasse-Pulver enthält ein Gemisch aus Lithium, Cobalt, Nickel und Mangan. Bei der Aufbereitung dieser Schwarzmasse entstehen lithiumhaltige Laugungsflüssigkeiten.
Das Forscherteam von Evonik arbeitet diese Recyclingflüssigkeiten mithilfe einer Lithium-Ionen-selektiven keramischen Membran elektrochemisch auf. Dabei ist die Membran „wählerisch“: Von der Seite mit der Recyclingflüssigkeit und einer positiv geladenen Anode gibt sie nur den positiv geladenen Lithiumkationen den Weg auf die andere Seite mit der negativ geladenen Kathode frei. Dort bilden die Lithiumionen mit Hydroxid hochreines Lithiumhydroxid. Es hat fast 100 Prozent Reinheitsgrad und eignet sich damit als Rohstoff für die Batterieherstellung.
Durch den Wandel von Verbrennern hin zu Elektroautos dürfte die Lithium-Nachfrage noch steigen. Studien prognostizieren, dass Recycling langfristig etwa 25 Prozent des Rohstoffbedarfs an Lithiumsalzen beisteuert. Es könnte zugleich Eingriffe in die Landschaft begrenzen und Lieferabhängigkeiten deutlich reduzieren. Gorman ist zuversichtlich, dass Evonik mit der neuentwickelten Membran in einigen Jahren eine praxistaugliche Lösung in der Hand haben wird, die effizientes Lithium-Recycling ermöglicht.
Stefan meint
Anteil Kunststoffe und Graphit? Bei Graphitrecycling wird geforscht.
Kunststoffrecycling ist bei Verpackungen bekannt.
Bei jedem Recycling gibt es mehr oder weniger hohen Energieverbrauch.
alupo meint
Dass 95% der Zelle am Gebrauchsende im Müll landen würde (bzw in der Müllverbrennung) halte ich für ein Gerücht. Ich der Zelle sind viel zuviele wertvolle Metalle in sehr hoher Konzentration enthalten so dass es sich sicher schon bisher wirtschaftlich lohnt, diese zurückzugewinnen (deutlich höhere Konzentrationen als in der Natur und damit billiger, diese zurüchzugewinnen).
Auch ein Vortrag vor einigen Jahren (ich glaube Anfang 2019) eines BASF Mitarbeiters (promovierter Chemiker der in dieser Fachrichtung forscht) zu diesem Thema sagte, dass das Recycling der LiIonenzellen gelöst ist. Allein es fehlen bisher die Mengen weil die Zellen sehr lange halten. Viele Unternehmen warten mit ihren Investitionen nur darauf, dass es mehr Zellen als Rohstoff gäbe.
Der Bericht tut auch so, als wäre viel Kunststoff in einer Zelle enthalten. Selbst eine größere Zelle wie das 4680-er Format hat hauptsächlich nur eine Folie mit einer Dicke von 6 Micrometern. Auch bei einer Länge von ca. 3,3m und einer Breite von ca. 0,75m ist das wenig im Vergleich zu einer schweren Zelle.
Dennoch finde ich es gut, wenn alternative Verfahren zu einer Verbesserung des Verfahrens führen was Investition, Kosten, Reinheit, Ausbeute, Energieverbrauch etc. betrifft.
Nur BASF war schon vor Jahren bei ca. 95% Rückgewinnung und daher sind die hier genannten 95% Verlust schon extremst „merkwürdig“. Nur der Vollständigkeit halber….
alupo meint
ich meinte natürlich 0,075m. 0,75m passt sicher nicht in eine 0,08 m hohe Zelle.
FahrradSchieber meint
„Dass 95% der Zelle am Gebrauchsende im Müll landen würde … halte ich für ein Gerücht.“
Im Text ist von 95% des Lithiums die Rede.
„Der Bericht tut auch so, als wäre viel Kunststoff in einer Zelle enthalten.“
Das Wort „Kunststoff“ kommt lediglich ein Mal im Text vor:
„…nachdem Kunststoffteile entfernt sind…“
Klingt nicht danach, „als wäre viel Kunststoff in einer Zelle enthalten“.