Einer der vielen Mythen und Missverständnisse über Elektrofahrzeuge (EVs) ist, dass die Batterien nicht recycelt werden können und einfach auf der Mülldeponie landen. Das stimmt einfach nicht. Das Recycling von EV-Batterien ist für die ökologische Nachhaltigkeit unerlässlich, nachdem sie ihre Nutzungsdauer im Fahrzeug erreicht haben – derzeit geschätzt auf 15 bis 20 Jahre.
Der Prozess erfordert verschiedene Methoden, Herausforderungen und Technologien, um die Materialien aus den EV-Batteriepacks effizient zurückzugewinnen. Die Komplexität ergibt sich aus den unterschiedlichen Designs und chemischen Zusammensetzungen. EV-Batterien sind nicht standardisiert, was die Demontage und das Recycling zu einer mühsamen und kostspieligen Aufgabe macht. Darüber hinaus enthalten Batterien gefährliche Stoffe, die bei unsachgemäßer Handhabung Umwelt- und Sicherheitsrisiken bergen.
Die oft zitierte Statistik, dass nur 5 % der Batteriekomponenten recycelt werden, ist jedoch sowohl veraltet als auch falsch. Obwohl die Recyclinginfrastruktur im Jahr 2010, als diese Zahl in einem Bericht von Friends of the Earth genannt wurde, deutlich schwächer war, hat die Recyclingbranche seitdem enorme Fortschritte erzielt.
Ein Bericht von Circular Energy Storage aus dem Jahr 2019 gab an, dass die Zahl bei 50 % lag und sich in den vergangenen fünf Jahren höchstwahrscheinlich verbessert hat. Europa hat Mindestmengen für die Wiederverwendung von Materialien aus Batterieabfällen festgelegt: 50 % für Lithium bis 2027 und 80 % bis 2031. Für Kobalt, Kupfer, Blei und Nickel liegen die Ziele sogar noch höher: 90 % bis 2027 und 95 % bis 2031.
Die Demontage von Elektrofahrzeug-Akkus kann kompliziert und teuer sein. Eine Komponentenkennzeichnung könnte den Prozess künftig jedoch vereinfachen.
Was ist in den Akkupacks?
Eine Lithium-Ionen-Batterie für Elektrofahrzeuge besteht typischerweise aus Lithium-Ionen-Zellen, die verschiedene chemische Komponenten und Materialien enthalten. Lithium ist natürlich enthalten, aber auch Kobalt, Nickel, Mangan und Graphit können enthalten sein. Diese sind üblicherweise in einzelne Zellen verpackt, die zu Modulen zusammengefasst sind, die den Batteriesatz bilden.
Kobalt und Nickel lassen sich am einfachsten zurückgewinnen und recyceln. Auch Lithium und Graphit sind recycelbar. Andere Bestandteile wie Elektrolyte sind jedoch aufgrund ihrer komplexen chemischen Zusammensetzung und potenziellen Toxizität schwieriger zu recyceln.
Bei der Verschrottung eines Elektrofahrzeugs besteht der erste Schritt darin, es vollständig und sicher zu entladen. Anschließend wird die Batterie ausgebaut und auf Wiederverwendung oder Recycling geprüft. In einigen Fällen können diese Batteriepakete zur Energiespeicherung im privaten oder gewerblichen Bereich wiederverwendet werden. Einige spezialisierte Unternehmen nutzen sie auch, um ältere oder klassische Fahrzeuge auf Elektroantrieb umzurüsten.
Wenn die Batterie recycelt werden soll, wird das Paket zerlegt, um die Zellen und Module zu trennen, die dann durch Methoden wie Pyrometallurgie oder Hydrometallurgie verarbeitet werden.
Was ist pyrometallurgisches und hydrometallurgisches Recycling?
Pyrometallurgisches Recycling ist ein Verfahren zur Rückgewinnung wertvoller Metalle aus Elektrofahrzeugbatterien durch hohe Temperaturen. Bei diesem Verfahren werden die Batterien in einem Ofen geschmolzen, um Metalle wie Kobalt, Nickel und Kupfer von anderen Materialien zu trennen.
Bei diesem Prozess werden die organischen Materialien und Kunststoffe in der Batterie verbrannt. Zurück bleibt eine Metalllegierung, die weiter veredelt werden kann. Dieses Verfahren ist energieintensiv und kann schädliche Emissionen erzeugen, ist aber effektiv bei der Gewinnung von Metallen, die in neuen Batterien oder anderen Anwendungen wiederverwendet werden können.
Hydrometallurgisches Recycling erfolgt bei niedrigeren Temperaturen und kann mithilfe wässriger Chemie hohe Rückgewinnungsraten wertvoller Metalle aus Elektrofahrzeugbatterien erzielen. Es erfordert jedoch einen sorgfältigen und verantwortungsvollen Umgang mit Chemikalien und flüssigen Abfällen.
Zunächst wird die Batterie zerlegt und die einzelnen Zellen zu einer pulverförmigen Substanz, der sogenannten „schwarzen Masse“, zerkleinert. Diese wird dann mit chemischen Lösungen (Säuren oder Basen) behandelt, um die Metalle in einer flüssigen Lösung aufzulösen. Dadurch ist es möglich, die Materialien mithilfe von Lösungsmitteln, die selektiv an bestimmte Metalle binden, zu trennen. Anschließend werden sie als feste Verbindungen aus der Lösung extrahiert.
Abschließend werden diese Verbindungen einer weiteren Reinigung unterzogen, um Verunreinigungen zu entfernen und hochreine Metallsalze zu erzeugen, die in neuen Batterien oder anderen Anwendungen wiederverwendet werden können.
Die Greenbushes-Lithiummine ist ein Tagebaubetrieb in Westaustralien und die weltweit größte Hartgesteins-Lithiummine.
Direktes Recycling
Eine neue Recyclingtechnik ist das „Direktrecycling“, das darauf abzielt, die Funktionalität von Kathoden- und Anodenmaterialien in Batterien zu erhalten, anstatt sie vollständig zu zerlegen. Dabei werden diese von anderen Komponenten getrennt, gereinigt und aufbereitet, um sie anschließend in neuen Batteriezellen wieder einzusetzen.
Dieses Verfahren senkt den Energieverbrauch, die Recyclingkosten und verringert den Abfall. Es besteht das Risiko einer Verunreinigung und Zersetzung der Materialien, was die Effizienz der neuen Batterien beeinträchtigen könnte. Einige andere Komponenten wie Elektrolyt, Separator und Gehäusematerialien müssen weiterhin getrennt und mit anderen Methoden recycelt werden.
Zwanghaftes Recycling
Die wirtschaftliche Machbarkeit des Recyclings von Elektrofahrzeugbatterien ist aufgrund der hohen Kosten eine Herausforderung. Es werden Vorschriften erwogen, die eine detaillierte Kennzeichnung der Batteriekomponenten vorschreiben, um das Recycling zu erleichtern.
Hersteller von Elektrofahrzeugen werden durch gesetzliche Rahmenbedingungen und erweiterte Herstellerverantwortungsprogramme (EPR) zunehmend für das Recycling von Batterien verantwortlich gemacht. In manchen Regionen müssen die Unternehmen sogar bestimmte Ziele erreichen und sind für die Abholung der Batterien verantwortlich. Dies gilt beispielsweise für die EU (im Rahmen der „Batterierichtlinie“) und China, wo Elektrofahrzeughersteller für den gesamten Lebenszyklus von Batterien von der Produktion bis zur Entsorgung verantwortlich sind. In den USA hat Kalifornien entsprechende Gesetze erlassen.
Was ist mit Natrium-Ionen- und Festkörperbatterien?
Sowohl Natrium-Ionen- als auch Festkörperbatterien erweisen sich als vielversprechende Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge. Natrium-Ionen-Batterien sind bereits in einigen chinesischen Produkten verbaut, und derzeit läuft ein Wettlauf zwischen Toyota, Nissan, Honda und anderen, darunter auch chinesischen Autoherstellern, um die ersten Festkörperbatterien in Elektrofahrzeugen einzuführen.
Natrium ist deutlich häufiger und daher günstiger als Lithium. Der Abbau verursacht zudem geringere Umweltbelastungen. Natrium hat zwar einen kürzeren Lebenszyklus, lässt sich aber leichter recyceln.
Ebenso bieten Feststoffbatterien größere Reichweiten, verringern das Brandrisiko und sind langlebiger. Ihre Herstellung ist zwar aufwendig, doch die Verwendung eines festen Elektrolyten anstelle eines flüssigen vereinfacht den Recyclingprozess. Die darin enthaltenen höherwertigen Metalle erhöhen zudem den Anreiz, die Batterien ordnungsgemäß zu recyceln.
Angesichts der Notwendigkeit, seltene Materialien wiederzuverwenden, der damit verbundenen wirtschaftlichen Aspekte, der gesetzlichen und politischen Anforderungen sowie der Erwartungen der Öffentlichkeit ist klar, dass die Bemühungen zur kontinuierlichen Verbesserung der Effizienz und der Recyclingquoten in Zukunft intensiviert werden müssen.
