E-Mobilität : Recycling versus Second Life: Das passiert mit ausgedienten Lithium-Ionen-Akkus

Elektroautos wie der Renault Twizy, Hyundai Ioniq, Kia e-Niro oder BMW i3 haben eines gemeinsam: Sie benötigen Lithium-Ionen-Batterien (Akkus) zur Speicherung von Strom. Auch Plug-in-Hybride besitzen neben einem verkleinerten Verbrennungsmotor einen Elektroantrieb, der ein Medium zum Speichern von Energie benötigt. Doch die Akkus zum Antreiben der Fahrzeuge sind in ihrer Herstellung nicht nur ressourcenintensiv, sondern auch ein wesentlicher Preistreiber.

Man blicke nur auf den E-Autobauer Tesla, der große und schwere Akkus mit hoher Reichweite anbietet, die aber auch ihren Preis haben. Dabei spielen die restlichen Komponenten wie Karosserie oder Bremsen eine untergeordnete Rolle bei den Kosten. Es ist die Kombination aus Herstellung und benötigten Ressourcen, die die Preise für Akkus in die Höhe schnellen lassen. Zumal produzieren etliche Automobilhersteller ihre Akkus nicht in Eigenregie, sondern kaufen diese ein und setzen sich somit dem herrschenden Preisregime aus.

In Akkus befinden sich vor allem Lithium und Kobalt, aber auch Nickel, Mangan, Graphit und Kupfer. Wissenschaftler forschen auch Magnesium-Batterien, die eine unter anderem höhere Energiedichte bieten sollen und die Lithium-Ionen-Batterien irgendwann einmal ablösen könnten. Außerdem ist das Element Magnesium ist auf der Erde etwa 3.000 Mal so häufig vertreten wie Lithium.

Ist ein Fahrzeug-Akku erst einmal gebaut, wurde ein hoher Energieaufwand betrieben. 50 Prozent der CO2-Emissionen entstehen bei der Herstellung des Akkus und dessen Zellen, der Löwenanteil davon bei den Elektroden in Form von elektrischer Energie. Doch was passiert eigentlich, wenn das Leben im Akku langsam zur Neige geht? Dazu gibt es gleich mehrere Ansätze.

Den Ansatz, möglichst viel Restmaterial aus den alten Akkus zu gewinnen, verfolgt das Unternehmen Redux Recycling mit Sitz in Bremerhaven. Redux Recycling ist Teil der steirischen Saubermacher-Gruppe und hat ein eigenes mehrstufiges Verfahren mit Sortierstraße und mechanischer Aufbereitung entwickelt. „Im Vergleich zu anderen Methoden erzielen wir eine Recyclingquote von 60 bis 70 Prozent“, erklärt Gerhard Ziehenberger, Leiter des operativen Geschäfts bei Saubermacher.

Rückgewonnen werden dabei Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Kunststoff oder Aktivmaterial. Laut Angaben des Unternehmens verarbeitet die Anlage in Bremerhaven jährlich 10.000 Tonnen Lithium-Ionen-Akkus. Ein verhältnismäßig kleiner Anteil davon sind Stromspeicher von Elektroautos. Das Unternehmen rechne aber damit, dass sich die Menge bis 2025 verfünffacht und bis 2030 verzehnfacht.

Im Wesentlichen erfolgt das Recycling in vier Hauptschritten: Entladung, Demontage, Thermische Behandlung und mechanische Aufbereitung. Selbst am Ende ihres Lebens haben Lithium-Ionen-Akkus immer noch einen hohen Restgehalt an Energie. Die Folge ist ein anspruchsvoller Recycling-Prozess, der unter hohen Sicherheitsvorkehrungen stattfindet.

Der hohe Energiegehalt, Speichersysteme von E-Autos haben Spannungen bis zu 700 Volt, erfordert eine vollständige Entladung. Die daraus gewonnene Energie kann wieder in das Stromnetz eingespeist werden. Aufgrund der stark variierenden Größen und Bauart erreicht man so den größten Output an Sekundärrohstoffen. Der Zeitaufwand dafür liegt zwischen zwanzig und über sechzig Minuten, abhängig von der Bauart der Batterie. Dabei werden beispielsweise Kunststoffe, Aluminium oder elektronische Bauteile gewonnen.

Danach werden die Zellen der Batterien mittels einer speziellen thermischen Behandlung deaktiviert und die Beschichtung der Elektrodenableiterfolien gelöst und Separator sowie Elektrolyt entfernt. Durch die aufwendige Verfahrensführung können hier unter anderem Aluminiumfolien gewonnen werden.

Im letzten Schritt kommt es zur mechanischen Aufbereitung. In diesem essentiellen Schritt sollen möglichst viele Stoffe wie Edelstahl, Kupfer oder Aktivmaterial aus den Zellen wiedergewonnen werden. Zunächst wird das Verbundmaterial aufgeschlossen und das Aktivmaterial direkt in einem Prozessschritt abgeschieden.

Danach folgt eine Siebung und Magnetabscheidung, bei der eine ferromagnetische Fraktion, eine „Al-Fraktion“ und eine „Al-Cu-Fraktion“ entsteht. Die gewonnenen Stoffe werden in sogenannte pyrometallurgische beziehungsweise hydrometallurgische Prozesse eingebracht und auf diese Weise wieder in den Rohstoffkreislauf zurückgeführt.

Der Nachteil der Recycling-Methode sind die hohen Kosten, außerdem ist es nicht besonders umweltfreundlich. Reste wie Schlacke, die auch Kalziumoxide und Lithium enthalten, müssen möglichst vermieden werden. Zudem finden nur die wenigsten der wiedergewonnenen Rohstoffe erneut den Weg in Fahrzeug-Akkus. Mitgrund sind die hohen Reinheitsanforderungen für neue Hochleistungsbatterien.

Demnach werden Lithium-Ionen-Batterien nicht direkt recycelt, sondern starten ein zweites Leben. Die Batterien werden zu großen Blöcken gebündelt und als Zwischenspeicher für Wind- und Sonnenenergie eingesetzt, die im Notfall zusätzlichen Strom liefern. Fast alle großen Fahrzeugunternehmen arbeiten zurzeit am sogenannten Second Life für Akkus.

Der Solarenergie-Entwickler Powervault nutzt die Batterien noch für weitere zehn Jahre in seinen Speichersystemen. Die Akkus stammen größtenteils von Renault und hier vor allem aus Umrüstungen des Renault Zoe oder von Unfallautos. Wenn die Kapazität der Batterien unter 75 Prozent fällt, werden sie von Powervault in ihre zwölf Module zerlegt und miteinander kombiniert.

So erreichen sie eine Kapazität von vier bis acht Kilowattstunden, was rund 50 bis 100 Prozent des durchschnittlichen Tagesverbrauchs eines britischen Haushalts entspricht. Die Heimspeicher sollen also vor allem Lücken füllen, etwa bei Stromausfällen.

https://youtu.be/b0kN81HW8t8

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