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10-11 | 2016

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Special Ressourceneffizienz Effiziente Wiederverwertung von Lithium-Ionen-Batterien Um wertvolle Batteriematerialien möglichst ressourcenschonend zurückzugewinnen und wieder für neue Batterien einzusetzen, wird ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördertes effizientes Verfahren entwickelt. Ziel des NEW-BAT genannten Projekts ist es, einen robusten, energieeffizienten und kostengünstigen Prozess zu entwickeln, der breit eingesetzt werden kann. Die Leitung des Projekts hat die Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS aus Alzenau / Hanau übernommen. Wertvolle Batteriematerialien sollen durch ein neues Verfahren zurückgewonnen werden. Bild: K. Selsam-Geißler, Fraunhofer ISC Das Projektteam Zwei Partner aus der Wissenschaft – die Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS in Alzenau / Hanau als Koordinator und ihr Mutterinstitut, das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg – bringen ihre Expertise auf den Gebieten Recycling, Substitution und Ressourcenstrategien sowie Materialentwicklung und elektrochemische Energiespeicher ein. Vervollständigt wird das Konsortium durch Industriepartner mit gebündelter Anwendungskompetenz aus Recycling, Batterienund Anlagenbau: die Lars Walch GmbH & Co. KG aus Baudenbach, die GRS Service GmbH aus Hamburg und die ImpulsTec GmbH aus Dresden. Lithium-Ionen-Batterien sind eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende und Elektromobilität. Die große Verbreitung dieser Energiespeicher führt zu einem hohen Aufkommen an ausgemusterten Batterien und Akkus, die eine wertvolle Rohstoffquelle sind. Aktuell werden für gebrauchte Batterien und Produktionsabfälle aus deren Fertigung energieintensive metallurgische Recyclingmethoden eingesetzt. Damit können allerdings nur elementare Metalle zurückgewonnen werden. Die Wertschöpfung beruht deshalb meist nur auf den Metallwerten von beispielsweise Nickel, Cobalt oder Mangan. Wertvoller wäre eine Rückgewinnung der eigentlichen Batteriematerialien, die bereits mit hohem Aufwand aus den Grundelementen hergestellt wurden, etwa hochwertige Lithium- Metalloxide und bisher nicht recyclingfähige Kohlenstoffverbindungen. Das würde Energie und Kosten sparen sowie wertvolle Ressourcen wie Lithium nachhaltig sichern. Hier setzt das Projekt NEW-BAT an, das mit rund 1,6 Mio. € im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme »r4 – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe« gefördert wird. Unter der Leitung von Andreas Bittner von der Fraunhofer-Projektgruppe IWKS, Teil des Fraunhofer ISC, arbeiten Wissenschaftler und Ingenieure aus Forschung und Industrie an einem neuen Verfahren, mit dem genau diese Materialien komplett aus den Altbatterien zurückgewonnen und so aufbereitet werden, dass sie direkt wieder in neuen Batterien eingesetzt werden können. Intelligent zerkleinern, statt ziellos zu schreddern Das Kernstück des neuen Recyclingprozesses ist die elektrohydraulische Zerkleinerung mit Hilfe von Schockwellen. Bei diesem Verfahren wird das zu zerkleinernde Material in ein flüssiges Medium, zum Beispiel Wasser, eingebracht. Über elektrische Entladung werden Schockwellen freigesetzt, die durch das Medium sehr gleichmäßig an das Material weitergegeben werden. Damit ist es möglich, Komposite quasi berührungsfrei an den Materialgrenzen aufzuspalten und so eine einfache und schonende Separation der Komponenten zu erreichen. Das Materialgemisch aus den verschiedenen Batteriekomponenten – Kathode, Anode, Elektrolyt, Separator sowie Zell- und Batteriege- 16 UmweltMagazin Oktober - November 2016

MENSCHEN VERNETZT IN HIGHSPEED Bild: Impulstec Mit der elektrohydraulischen Zerkleinerungsanlage können Verbundmaterialien selektiv aufgetrennt werden. häuse – kann danach effizienten Trennverfahren unterzogen werden. Um möglichst reines Material zu erhalten, werden Verfahren eingesetzt, die sowohl physikalische Eigenschaften, wie unterschiedliche Korngröße und Dichte, als auch die unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen zur Separation nutzen. Das Verfahren ist besonders energieeffizient, da im Gegensatz zu metallurgischen Prozessen keine hohen Temperaturen benötigt werden, und es kann für Produktionsausschüsse sowie für Altprodukte eingesetzt werden. Aufbereiten mit funktionellen Beschichtungen Da insbesondere die Elektrodenmaterialien der Batterien im Laufe der Nutzung altern, müssen die Recyclingmaterialien einer genauen Prüfung und Aufbereitung unterzogen werden, um ihre ursprüngliche Qualität wiederherzustellen. Mit speziellen Niedertemperaturverfahren können beim Projektpartner Fraunhofer ISC insbesondere Materialien von Lithium-Ionen-Batterien von unerwünschten Degradationsprodukten an den Oberflächen befreit und Defekte in den Kristallstrukturen behoben werden. Diese Aufbereitung kann mit einer Veredelung in Form einer Kern-Schale-Beschichtung verknüpft werden, die das recycelte Material hinsichtlich der Lebensdauer sowie der Lade- und Entladeeigenschaften deutlich verbessern. EINE VERBINDUNG FÜR DIE ZUKUNFT RAUSPEED Mikrokabelrohre Setzen Sie beim Ausbau glasfaserbasierter High-Speed-Datennetze auf das perfekt abgestimmte Mikrokabelrohrsystem RAUSPEED. Mehr Informationen erhalten Sie unter www.rehau.de/rauspeed Andreas Bittner, Fraunhofer-Projektgruppe IWKS, Alzenau / Hanau, andreas.bittner@isc.fraunhofer.de UmweltMagazin Oktober - November 2016 Tel. 09131 92 5700, telekommunikation@rehau.com

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