Die Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB) und der Lehrstuhl Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der RWTH Aachen haben gemeinsam mit Industriepartnern das „Modular Lifecycle Tool“ entwickelt. Das Rechenmodell soll den systematischen Vergleich unterschiedlicher Recyclingverfahren für Lithium-Ionen-Batterien anhand einheitlicher Annahmen zu Kosten und CO₂-Emissionen ermöglichen. Entwickelt wurde es im Rahmen einer Konsortialstudie mit Partnern aus den Bereichen Recycling, Anlagenbau und Beratung.
Das Modell bildet die vollständige Recyclingkette modular ab und unterscheidet zwischen der Vorbereitung und Vorbehandlung des Recyclingmaterials sowie der Rückgewinnung von Materialien. Innerhalb dieser Bereiche lassen sich einzelne Funktionen, Prozessschritte und Technologien gezielt kombinieren und austauschen. Dadurch wird sichtbar, wie sich technologische Veränderungen auf nachgelagerte Prozessstufen und die gesamte Recyclingkette auswirken. „Die modulare Struktur ermöglicht es uns, unterschiedliche Technologien innerhalb derselben Prozesslogik miteinander zu vergleichen“, erläutert Lucca Groß von der RWTH Aachen.
Die Grundlage bildet eine Datenbank einzelner Prozessschritte, über die Anwender Durchsatz und Materialzusammensetzung des Eingangsstroms konfigurieren und individuelle Prozessketten zusammenstellen können. Das Modell verfolgt die Materialströme und verknüpft sie mit wirtschaftlichen und ökologischen Kennzahlen. Berücksichtigt werden unter anderem Energiebedarf, Emissionen, Verbrauchs- und Hilfsstoffe, Betriebsausgaben, Investitionskosten, Materialerlöse und Entsorgungskosten. Zusätzlich können standortspezifische Faktoren wie Strommix und Arbeitskosten sowie Auslastungs- und Skaleneffekte in die Bewertung einfließen.
Das „Modular Lifecycle Tool“ ermöglicht außerdem die Untersuchung unterschiedlicher technischer und wirtschaftlicher Parameter. Veränderungen bei Trennleistung, Durchsatz oder Verwertungsintensität werden hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Materialströme, Kosten, Erlöse und Emissionen abgebildet. Zu den vorgesehenen Anwendungen gehören der Vergleich alternativer Recyclingkonzepte, die Identifizierung von Kosten- und Emissions-Hotspots sowie die Bewertung von Skalierungsstrategien und standortspezifischen Rahmenbedingungen.
Das Modell soll Recyclingunternehmen bei der Optimierung bestehender Prozesse, Technologieanbieter bei der Bewertung neuer Lösungen und Batteriehersteller beim Vergleich unterschiedlicher Recyclingstrategien unterstützen. Auch Sensitivitätsanalysen wichtiger technischer und wirtschaftlicher Parameter sind möglich. Perspektivisch soll der Bewertungsrahmen um weitere Batteriechemien, regional stärker differenzierte Datensätze und zukünftige regulatorische Szenarien ergänzt werden.