E-Mobilität: Runde Sache erst durch Batterierecycling

Hochspannungs-Akkus als Pufferspeicher oder gleich als Lithium-Lieferant im Recycling-Prozess? Lithium-Ionen-Batterien sind am Ende ihres Lebenszyklus nicht mehr den extrem hohen Anforderungen im Elektroauto gewachsen. Sie speichern aber immer rund 80 Prozent Strom und könnten noch als stationäre Energiepuffer genutzt werden. Ansonsten bleibt das Batterierecycling zur Lithium-Gewinnung, wie Forschungsprojekte zeigen.

Automobilhersteller von Elektrofahrzeugen arbeiten an der Weiterverwendung von ausgemusterten Lithium-Ionen-Batterien. Ebenso suchen Unternehmen Lithium als Rohstoff aus recycelten Akkus zu gewinnen. Denn die Elektromobilität wird erst eine runde Sache, wenn die Frage von Weiterverwendung und Recycling der Hochvolt-Batterie geklärt ist.

Beispielsweise hat nach Ende ihres Lebenszyklus im Elektroauto ein Lithium-Ionen-Akku-System immer noch rund 80 Prozent Energiespeichervermögen. Auch wenn sie damit den extrem hohen Anforderungen der Elektromobilität nicht mehr genügen sollten, können sie als stationäre Pufferspeicher noch über viele Jahre genutzt werden.

Mit Pilotprojekten in Deutschland, im US-Bundesstaat Kalifornien sowie in der chinesischen Metropole Shanghai hat BMW bereits Erfahrungen gesammelt. Sie bestätigen das hohe Potenzial der Hochvoltspeicher für ein „zweites Leben“ als stationäre Energiereserve. Das dürfte ein weiteres laufendes Projekt bestätigen. Für das ABB, 4R Energy, Nissan und Sumitomo in den USA eine Partnerschaft gegründet haben, um die Wiederverwendung von Lithium-Ionen-Batterieblöcken zu prüfen, die im Nissan Leaf eingesetzt werden. Sie wollen ein LEAF-Batteriespeicher-Prototyp entwickeln, der mit einem Energieinhalt von mindestens 50 Kilowattstunden 15 durchschnittliche Haushalte zwei Stunden lang mit Strom versorgen kann.

BMW untersucht parallel zur kontinuierlichen Optimierung der Speichersysteme die Möglichkeiten einer Zweitverwendung gebrauchter Hochvolt-Akkus, sogenannter „Second Life Batteries“. Dabei arbeiten die Münchner nach Abschluss eines Kooperationsvertrages nun mit dem Energieversorgungsunternehmen Vattenfall zusammen.

Im Mittelpunkt steht die Installation von Zwischenspeichern für Schnellladestationen und Solaranlagen sowie von Großspeichern zur Stabilisierung des Netzbetriebes. Diese Aufgaben lassen sich laut BMW durch einen Verbund aus Lithium-Ionen-Batterien ideal bewältigen. So wurde beispielsweise das vom Bund geförderte Projekt Effizienzhaus Plus in Berlin mit gebrauchten Batterien aus der Testflotten Mini E zur Pufferspeicherung von Solarenergie bestückt. BMW will mit derartigen Forschungsprojekten sicherstellen, dass frühzeitig Perspektiven für die Weiterverwendung von Elektrofahrzeug-Batterien in größerem Umfang geschaffen werden.

Es bleibt die Option des Recyclings. Eine der weltweit ersten Anlagen zur Lithium-Rückgewinnung aus Fahrzeugbatterien ist zwar noch ein staatlich gefördertes Pilotprojekt, doch die bisherigen Ergebnisse lassen hoffen, dass das Batterierecycling eines der kleineren Probleme der Elektromobilität sein wird.

Rockwood Lithium betreibt im Langelsheim mit weiteren Unternehmen einen Chemiecampus. Dort im niedersächsischen Harz läuft eine der weltweit ersten Anlagen zur Rückgewinnung von Lithium aus Fahrzeugbatterien. In der neun Millionen Euro teuren Anlage, zu der der Bund ein Drittel beisteuerte, wird, vereinfacht ausgedrückt, Lithium aus Kathodenmaterial abgeschieden und daraus hochreines Lithium-Hydroxid für die Batterieproduktion hergestellt. Zudem werden sogenannte Übergangsmetallsalze aus dem Batterieschrott gewonnen – etwa Kobalt-, Nickel- und Mangansulfate, die ebenfalls zur Herstellung neuer Batterien eingesetzt werden können. Das Verfahren ist sehr komplexes und besteht aus dem Zusammenspiel von mehr als 60 Apparaten und Reaktoren, 2,5 Kilometer Rohrleitungen und 15 Kilometern Kabel, die unter anderem ein Netzwerk von 400 Mess- und Regeleinheiten verbinden.

Eine günstige Alternative wäre es, Lithium-Akkus durch Kombination pyro- und hydrometallurgischer Prozesse zur recyceln. Dabei werden Batteriezellen eingeschmolzen, ihre brennbaren Materialanteile befeuern den Prozess, und recycelt werden nur die Metalle, die als polymetallurgische Mixtur in der Schlacke anfallen. Diese müssen hydrometallurgisch aufbereitet werden. Forscher arbeiten an Verfahren, das Lithium aus der Schlacke nasschemisch zu isolieren. Solange ihnen das nicht gelingt, gehen pro Batterie vier Kilogramm bis fünf Kilogramm reines Lithium verloren. Ein Element, das im Bergbau und in Salzwüsten mühsam gewonnen wird. So benötigt etwa Rockwood Lithium in seiner Anlage in Chile ein Jahr, um den Lithium-Gehalt von Salzlauge in riesigen Becken durch Verdunstung von 0,16 Prozent auf 6 Prozent zu steigern, um daraus dann Lithium-Salze zu gewinnen.

Bisher gehen drei Viertel der globalen Lithium-Produktion in Bereiche, in denen Recycling nicht machbar ist. Größter Absatzmarkt sind Kochfelder, in denen Lithium-Zusätze die Ausdehnung des Glases minimieren. Daneben gibt es Dutzende Nischenanwendungen – vom Zusatz zu Airbag-Zündern, LED-Farbstoffen, Schmierstoffen, Pflanzenschutzmitteln, Schnellzement über Antidepressiva bis zur Nutzung als CO2-Absorptionsmittel, das in U-Booten, Raumschiffen oder Bergbauschächten Atemluft aufbereitet.

Mit der Elektromobilität entsteht nun ein Markt, der die globale Lithium-Nachfrage zwischen 2012 und 2020 nicht nur auf mehr als 300 000 Tonnen verdoppeln könnte. Der Lithium-Einsatz in der Elektromobilität ermöglicht jedoch, einen nahezu geschlossenen Lithium-Kreislauf einzurichten. Voraussetzung, die kleine Pilotanlage in Langelsheim bringt positive Ergebnisse.