Im April endete das Forschungsprojekt „DeMoBat“. Darin erarbeiteten Verbundpartner Konzepte und Anwendungen, um Komponenten von Elektroautos nachhaltig und wirtschaftlich handhaben und wiederaufbereiten zu können und somit keine wertvollen Rohstoffe zu verschwenden. Die Projektkoordination lag beim Fraunhofer IPA, gefördert wurde es vom Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden Württemberg.
Weil ein aktuelles Elektroauto-Batteriesystem nur eine durchschnittliche Lebensdauer von etwa zehn Jahren hat, wächst der Berg an ausgedienten Batterien und damit das Problem der Entsorgung und des Recyclings der elektrischen Komponenten. Außerdem habe die diesjährige Automobilmesse in Shanghai gezeigt, dass der Umstieg zum E-Auto auch die Verhältnisse auf dem weltweiten Automarkt verändert und deutsche Hersteller nicht ohne Weiteres an ihre bisherige Führungsrolle anknüpfen können, so die an DeMoBat beteiligten Experten.
„Ein entscheidender Faktor, um im Wettbewerb bestehen zu können, sind die Verfügbarkeit und Kosten der Rohstoffe, die für Batterien und E-Motoren nötig sind“, erklärt Professor Alexander Sauer, Leiter des Fraunhofer IPA sowie des Projekts. „Umso wichtiger ist es, ausgediente Batterien, die noch wertvolle Rohstoffe enthalten, nicht einfach zu schreddern, wie es bisher üblich ist.“ Die Grundvoraussetzung, um Batteriekomponenten wiederverwenden zu können, ist jedoch, dass die Bestandteile einer Batterie sortenrein demontiert werden können.
Genau daran arbeiteten seit Ende 2019 zwölf Forschungspartner im baden-württembergischen Projekt DeMoBat (Industrielle Demontage von Batterien und E-Motoren). Sie entwickelten neue Konzepte und Technologien, um die elektrischen Komponenten so handhaben und aufbereiten zu können, dass möglichst wenig Abfall entsteht und wenig verwendete Rohstoffe verloren gehen.
Im Projekt wurden zunächst die rechtlichen Rahmenbedingungen untersucht. Hinzu kam eine Analyse der Marktpotenziale und Rücklaufmengen von Autobatterien. Daraus leiteten die Projektpartner mögliche Geschäftsmodelle ab und bewerteten diese. Ein neu entwickeltes Life-Cycle-Datenmanagement ergänzte die Arbeiten, ebenso wie eine Kostenanalyse von Demontage- und Recyclingnetzwerken bis ins Jahr 2050.
Demontagegerechtes Batteriedesign
Ein wichtiger Aspekt für die industrielle Demontage sei ein entsprechendes Design der Batterien – das heißt, wie eine Batterie gestaltet sein soll, um manuell oder roboterbasiert reparier- oder demontierbar zu sein, erklärt das Fraunhofer IPA. Eine Schwierigkeit dabei seien die zahlreichen unterschiedlichen Batteriemodelle der verschiedenen Automarken und -modelle, deren Bauweise aktuell noch ungünstig für ein Recycling oder alternative Kreislaufwirtschaftsstrategien sei.
Ein Ergebnis im Projekt ist eine Handlungsempfehlung für ein recycelfreudiges Design. Die demontagegerechte Batterie wurde zudem prototypisch aufgebaut und umfangreich untersucht.
Kapazität & Handhabung von Batterien
Zu Beginn müssen die Batterien auf noch vorhandene Kapazität und Alterserscheinungen getestet werden. Auch Temperaturanalysen können hier einfließen. Dann folgen Tests der Handhabung, das heißt, wie sich die Batterien öffnen lassen und Komponenten entnommen werden können. Dafür entstand in DeMoBat ein roboterbasierter Demonstrator. Zudem wurden benötigte Werkzeuge entwickelt, die beispielsweise Objekte greifen und Schrauben beziehungsweise Verbindungen lösen können. Dies erfordert auch eine leistungsstarke Bildverarbeitung, die eine Vielzahl an Schrauben, Kabeln und Weiteres erkennen können muss. Hinzu kommt, dass die Komponenten beispielsweise durch Alterungseffekte nicht immer gut erkennbar sind.
Im Projekt wurden 25 Technologien konzeptioniert und getestet, von denen acht vollumfänglich als Demonstrations- und Erprobungsroboterwerkzeuge aufgebaut wurden und laut den Entwicklern für den industriellen Dauerbetrieb einsetzbar wären. Zudem sei ein flexibles Demontagesystem konzipiert worden, das eine zerstörungsfreie Demontage bis auf Zellebene abbilden kann. Ein wichtiger Bestandteil des flexiblen Demontagesystems sei das Sicherheitskonzept, bei dem die Temperatur als möglicher Indikator einer Kettenreaktion genutzt wird, sollte eine Batterie in Brand geraten.
Wiederverwendung chemischer Rohstoffe durch Hochdruckwasserstrahl
Die Partner strebten zudem an, einen effizienten Wertschöpfungskreislauf zu etablieren, der zunächst durch mechanische Trennung und Rückführung der im Batteriepack enthaltenen Bestandteile erfolgen soll. Das eingesetzte wasserbasierte Recycling ist eine neuartige Form der direkten Wiedergewinnung von Schwarzmasse. Neben einer teilautomatisierten Öffnung und Separierung der Zellbestandteile wird ein Hochdruckwasserstrahl eingesetzt, um die Elektrodenbeschichtung von den Trägerfolien abzulösen. Die durchgeführte ökobilanzielle Untersuchung verdeutlicht laut den Projektverantwortlichen den Effizienzgewinn: Das Treibhauspotenzial verringerte sich um den Faktor 10 bis 20. So könnten Rezyklate mit geringem CO2-Fußabdruck bereitgestellt werden, was bei hoher Beimengung die produktionsbezogenen Treibhausgasemissionen bedeutend reduziere.
Automatisierte Demontage von E-Antriebsaggregaten
Außerdem wurden Technologien für Industrieroboter mit spezialisierten, selbstkonstruierten Werkzeugen entwickelt, mithilfe derer elektrische Antriebsaggregate automatisiert demontiert werden können. Auch hier kommen unterstützende Bildverarbeitungssysteme zum Einsatz, die Schrauben und Bauteile erkennen und das manuelle Teachen der Roboter für jeden einzelnen Prozessschritt ersparen. Um Kollisionen des Roboters mit Bauteilen zu verhindern, erfolgt nach jedem Demontageschritt eine Erfolgskontrolle über Sensoren und 3D-Kamerasysteme. Eine anschließende Signalübertragung an die zentrale Prozesssteuerung soll einen sicheren Prozessablauf gewährleisten.
Die in DeMoBat entwickelten Technologien bilden die Grundlage für den Aufbau eines Erprobungszentrums, in dem neue Formen der Batterieproduktion entwickelt und getestet werden können, aber auch das Recycling von E-Komponenten weiterentwickelt wird.
„Damit trägt das Projekt dem essenziellen Technologietransfer Rechnung, mithilfe dessen Baden-Württemberg wie auch Deutschland beim Thema E-Komponenten-Recycling in eine Spitzenposition gebracht werden sollen“, so Professor Kai Peter Birke, der am Fraunhofer IPA das Zentrum für digitalisierte Batteriezellenproduktion leitet.
Gunnar meint
Nissan hat im August 2022 verkündet, dass die Akkus aus dem Nissan Leaf länger halten als erwartet. War sogar hier auf Ecomento zu lesen.
Der Nissan Manager Nic Thomas sagte im August 2022:
„Fast alle Elektroauto-Batterien, die wir je hergestellt haben, sind immer noch in Autos. Und wir verkaufen schon seit 12 Jahren Elektroautos.“
12 Jahre alte Akkus immer noch in Betrieb und das Recycling lohnt sich noch nicht, weil die Akkus einfach nicht im großen Maßstab kaputt gehen wollen.
M. meint
Jetzt müsste man noch eine Übersicht über die Laufleistung der Leafs haben. 12 Jahre als Altersmaximum lassen ja nicht erwarten, dass dort schon viele am Lebensende angekommen sind, also deutlich mehr als 300.000 km gelaufen. DAS sollte schon die Erwartungshaltung sein.
Und dann ist der Leaf ja nur EIN Elektroauto mit einer bestimmten Batterie, inwiefern sich die Ergebnisse übertragen lassen (und auf welche anderen Autos), ist auch nicht klar.
Klar ist aber: Zellchemie ist komplexer als „811“ oder „622“, da gibt es zahllose Untervarianten mit unterschiedlichsten Eigenschaften – von der Fertigung und dem BMS haben wir dann noch immer nicht gesprochen. Alleine eine anderer Separator kann den Unterschied machen, dazu muss ich sonst gar nichts ändern. Oder ein anderes Elektrolyt.
Man KANN eine solche Batterie rel. problemlos standfest bekommen, aber OB man das auch macht, hängt letztlich auch am Geld: für Material, Konstruktion, Tests, Produktion, QM/QS und Software.
Endlose Möglichkeiten – eine lange Garantie ist noch der beste Garant, dass der Hersteller sich hier Mühe gegeben hat.
Nur wenn ein Hersteller vor Garantieende massiv die Ladeleistung drosselt, sollte man hellhörig werden. ;-)
Sandro meint
Nach Garantieende dann aber bitte die Ladeleistung wieder massiv anheben, oder bleibt die auf dem niedrigen Level? Das wäre gemein :-(
M. meint
Nein, soweit ich weiß, wurde die inzwischen wieder angehoben. Garantie ist bei den frühen Modellen ja auch durch, jetzt kostet so ein Akku 20k€. Vielleicht kann sich ein Eigner ja mal dazu äußern.
Die Ladeleistung war damals aber eh noch nicht so berühmt, da stehen 10-80 Zeiten von guten 45 Minuten an – wenn NICHT gedrosselt wird.
(Aussage aus einem Markenforum unter dem Stichwort „Kaufberatung“)
T. Pietsch meint
Das ist ein wichtiger Ansatz. Es nützt nichts elektrisch zu fahren wenn man sich nicht um die Wiederverwertung der Batterien und Antriebe kümmert. Gut das das jetzt gemacht wird.
MAik Müller meint
@T. Pietsch um die Wiederverwertung wird sich nicht erst JETZT gekümmert das läuft schon viele viele Jahre. Das hat weniger mit dem Umweltschutz zu tun als mit der GÜNSTIGEN Rohstoffgewinnung.
Ich finde es HERVORRGAEND wenn aus 10 Jahre alten Akkus neue BESSERE und sicherere Akku gewonnen werden.
Akkusoon meint
Na ja, das wird immer als sooo wichitg angesehen. Es ist ja völlig richtig das zu machen!
Aber mal im Ernst/Vergleich: Mir ist noch nichts bekannt, wie der Dreck aus den Verpenner-Auspuffanlagen recycelt wird bzw. weden soll… ;()
eCar meint
Das machen schon unsere Lungen, daher die immens hohe Lungenkrebsrate….
Akkusoon meint
Jou, „kleine“ Anmerkung dazu:
Land-NRW, Wirkungen beim Menschen
(s. insbes. unter „…Chronischer Exposition“…
Jahrzehnte mussten wir uns diesem Dreck aussetzen. Heute wissen wir es besser – und was machen die Verpenner-Lobyisten?…
https://www.nis.nrw.de/publik/1/wirk.html
Sandro meint
Es geht um die wertvollen Rohstoffe in den Batterien. Das Recycling wird gemacht weil es ein einträgliches Geschäft ist, erst recht in der Zukunft. Nur aus Gründen des Umweltschutzes würde kein Unternehmen in diese Technik investieren.
South meint
Hmmm … „Weil ein aktuelles Elektroauto-Batteriesystem nur eine durchschnittliche Lebensdauer von etwa zehn Jahren hat“ … das wäre schon sehr wenig. Vielleicht die erste Generation mit sehr kleinen Accus und ohne Wärmemanagement … aber in wenigen Jahre Wissen wir das genau… da wird doch sehr viel unterschiedlich angenommen…
MAik Müller meint
@South Das passt schon und deckt sich mit den Erfahrungen bei den GRO?En Teslakkus! Es will hier nur keiner zugeben. Die meisten Leasen deswegen ein Eauto :) :) :).
20 Jahre wie beim Verbrenner sind mit der heutigen Akkuchemie NICHT möglich.
Deshalb werbe ich seit Jahren fürs Recycling und wider spreche dem schönreden von Secondlife von Autoakkus. DANKE.
South meint
@Maik. Oh Mann. Hätte auf eine fundierte Antwort gehofft. Die von dir gehypten 20 Jahre muss ein Auto doch gar nicht halten… und da gibts kein Gefühl geschwurbel, im Schnitt 10 Jahre ….auch bei den Verbrennern gibt ja deswegen ein km Leistung im Jahr, ab wann sich ein Diesel oder Benziner lohnt. Aber lassen wir das… eh vergebene Müh…12-15 Jahre würde sowas von locker reichen….und das sollten zumindest die aktuellen E Autos abhaben können.
Zu dem Schluss kommt übrigens Nissan:
„Fast alle Akkus, die Nissan in seinen E-Autos verbaut hat, sind dort noch drin“, sagte Nic Thomas“…“Es ist das komplette Gegenteil von dem, was ursprünglich befürchtet wurde.“ Nach 15 bis 20 Jahren sei noch 60-70 Prozent Kapazität in den Batterien, sodass sie anschließend ein zweites Leben vor sich hätten.“
Bei nur 8-10 Jahren müssten ja nahezu alle Nissan Leaf (seit 12 Jahren in Produktion), Tesla und I3 der ersten Generation bereits hops gegangen sein…und davon hab ich zumindest noch nichts mitbekommen…
M. meint
Du redest wieder Unsinn.
Das 1st Life einer Traktionsbatterie endet im Auto gemäß Herstellerdefinition / Garantiebedingungen zw. 70 und 80% SoH. Dann ist ein Akku nicht defekt, nur seine Kapazität hat abgenommen. Damit seine Restkapazität möglichst lange erhalten bleibt, kann der Akku nur in einer weniger anspruchsvollen Zweitanwendung verwendet werden. Also mit weniger Ladehub und weniger C-Rate, als das in einem Auto tagtäglich eintritt.
Diese Anwendungen gibt es zuhauf. Regelenergie ist so eine Anwendung – da werden etliche Autobatterien zu einer neuen, großen Batterie zusammengeschaltet und mit kleinem Ladehub ständig ge- und entladen, mit kleinen C-Raten. Das MUSS ohnehin gemacht werden und ist ein guter Job für alte Autobatterien, die den oft noch 10 Jahre übernehmen können, bis sie unter 50% SoH fallen und reif für das Recycling sind.
Das ist nicht mal besonders neu:
https://www.vau-max.de/magazin/news/second-life-stromspeicher-aus-bmw-i3-akkus.6047
Wenn man keine gebrauchten Batterien nehmen will, kann man auch neue nehmen: https://www.electrive.net/2018/05/18/vattenfall-speicher-mit-500-bmw-i3-akkus-geht-ans-netz/
…was eigentlich aber Verschwendung ist;
man kann (freilich nur in eine Richtung) PV oder WEA vom Netz nehmen, ein Gaskraftwerk anwerfen usw., oder man nimmt Pumpspeicherkraftwerke, was aber alles etwas träger ist (mehr Frequenzschwankungen im Netz) – und natürlich gibt es gerade die Speicherseen nicht überall, und nicht endlos viele.
Es gibt noch viele andere Anwendungen, du hast die nur nicht auf dem Schirm.
Kasch meint
Richtig, und in ca. 15 Jahren baut mir ein Spezi die Zellen erst mal in einem chinesischen Stadardrahmen in meinen Keller auf.
Wär sinnvoller sich erst mal Gedanken über die alten Diesel zu machen, zumal die Karren ja vermutlich nicht mehr nach Russland verkauft/entsorgt werden können/dürfen. Wie wärs mal mit Recycling von Handyakkus ? Aber wenns Fördergelder gibt, ist keine Studie zu dumm.
Kasch meint
Ach ja, und selbst ein alter NMA-Akku von Tesla könnte nur per Zusatz von Additiviven 50 Jahre bzw weit über 2 Mio km halten – bitte erst mal über den Stand der Technik informieren, bevor man Unsinn verzapft.
MAik Müller meint
@Kasch es gibt einige Tesla die schon über 1 Mio Kilometer weg haben.
Hier wurden die Akkus in jedem Fall MEHRAFCH getauscht!
Also mal schön technisch bleiben.
MAik Müller meint
Entfernt. Bitte verfassen Sie konstruktive Kommentare. Danke, die Redaktion.
MAik Müller meint
konstruktiv: „Weil ein aktuelles Elektroauto-Batteriesystem nur eine durchschnittliche Lebensdauer von etwa zehn Jahren hat….“ —> Bitte beachten es sind 10 Jahre nicht 15 oder 20 Jahre. Das ist ein WESENTLICHER Punkt.
Gunnar meint
Nur weil es oft wiederholt wird, ist es noch lange nicht richtig. Der Großteil der Nissan Leafs aus 2010, der Großteil der Renault Zoes aus 2011 und der Großteil der Teslas aus 2012 fahren noch mit ihrem ersten Akku rum.
Natürlich gibt es hier und da Einzelfälle. Und an diesen Einzelfällen machst du deinen Glauben fest, das angeblich jeder Akku nach 10 Jahren die Grätsche macht.
Kai Knüller meint
So ist er halt…Keinerlei eigene Erfahrungen mit Elektroautos, ausser einer Fahrt mit dem Model 3 seines Arbeitgebers. Daraus resultiert ganz viel Meinung, aber wenig fundiertes Wissen…Schade, dass solche Forenteilnehmer so ein ausuferndes Mitteilungsbedürfnis haben und ggf. andere Teilnehmer die sich für Elektromobilität interessieren verunsichern.
MAik Müller meint
@Gunnar FALSCH bei den Teslas stimmt das NICHT.
Du verbreitest also Unwahrheiten mein Freund.
Wo ist denn nun schon wieder dein Problem mit der fast 90% Wiederverwertung des gasamten Akkus?
M. meint
Maik,
kA was Gunnar jetzt hier falsch gesagt haben soll.
Bei den MS85 aus der ersten Serie gab es tatsächlich einige Auffälligkeiten, aber das eigentliche Thema ist gar nicht, dass die Batterie defekt ist – das ist sie nämlich nicht. Zumeist ist es EINE einzelne Zelle, die (dank Reihenschaltung) eine ganze Reihe von Zellen „deaktiviert“.
Was müsste man tun? Diese Zelle ersetzen oder überbrücken.
Tut Tesla das? Nein.
Kann man das machen: Ja.
Dazu gibt es Videos von spezialisierten Werkstätten, aktuell aus Gründen der Häufigkeit dieser Defekte allerdings vor allem in den USA, hierzulande scheint sich das noch nicht zu lohnen.
Wenn man es aber macht (also die eine Zelle überbrückt), kann man mit fast voller Kapazität weiterfahren. Für wenig Reparaturkosten.
Auch falsch: die Wiederverwertungsquote: 90% ist überholt (habe ich dir schon x-mal gesagt), 95% sind state of the art. Und auch nötig, weil 10% Verlust sind immer noch Verlust von Material, das unwiederbringlich für alle Zeit verloren ist. Eigentlich kann man unter 99% nicht akzeptieren – in Zukunft.
Warum ist es trotzdem Unsinn, das vor dem Batteriedefekt zu machen?
Weil Recycling zwar Energie (und damit CO2) spart im Vergleich zur neuen Batterie, aber CO2-NEUTRAL ist das deswegen noch lange nicht. Je länger man eine Batterie nutzt, umso besser wird ihre CO2-Bilanz über die Gesamtlebensdauer.
Eigentlich logisch, oder?
Kokopelli meint
Maik, dann gib uns doch bitte deine Quelle für deine Behauptung für die Tesla-Akkus. Und damit meine ich nicht Einzelfälle aus dem TFF Forum.
Übrigens fährt ein Freund von mir ein Model S aus Anfang 2013. Mit dem ersten Akku und 180.000 km…Wie kann das denn sein?