Strategien für das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien

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Toyota macht es vor: Der japanische Autobauer weitet das Recycling seiner Hybridbatterien in Europa aus. Doch beim Recycling von Lithium-Ionen-Akkus bleibt grundsätzlich noch viel zu tun. Nicht zuletzt, weil umfängliche Recycling-Konzepte fehlen. Das wollen Forscher der TU Braunschweig nun ändern.

Die Lithium-Ionen-Batterie ist das zurzeit aussichtsreichste Batteriesystem für Elektro- und Hybridfahrzeuge. Aber auch die Lithium-Ionen-Batterie hat eine endliche Lebenszeit. Das Recycling dieser Traktionsbatterien stellt in vielerlei Hinsicht noch eine Herausforderung dar. Zum Beispiel verwenden die wiederaufladbaren Akkumulatoren Kobaltelektroden. "25 Prozent des weltweiten Kobaltverbrauchs gehen in die Batterieherstellung, das sind rund 12.000 t jährlich", gibt Springer-Autor Günter Pilarsky im Kapitel "Was rare Rohstoffe mit unserem Wohlstand zu tun haben" (Seite 7) aus dem Buch Wirtschaft am Rohstofftropf an. Bis 2030 wird mit einer Steigerung des Marktvolumens um den Faktor 3,4 gerechnet, sagt Pilarsky. Dann würden 60 Prozent der heutigen Kobaltproduktion allein für die Herstellung von Batterien benötigt werden. Es ist laut Pilarsky also notwendig, das Recycling gebrauchter Batterien auszubauen.

Ähnlich sehen das die Wirtschaftswissenschaftler Thomas Spengler und Claas Hoyer von der Technischen Universität (TU) Braunschweig. "Rund 19.000 Elektrofahrzeuge sind auf deutschen Straßen unterwegs und bis zum Jahr 2020 sollen es noch weit mehr werden. Noch bevor diese Marke erreicht ist, werden tausende Batteriesysteme schon das Ende ihrer Einsatzdauer erreicht haben", erklären die Wissenschaftler. Sie zu recyceln, könnte in den kommenden Jahren mehr als die Hälfte der Importe von Kobalt, Nickel und Lithiumhydroxid nach Deutschland ersetzen, so die Forscher. Daher haben sie nun Bedingungen und Planungsaufgaben für den Aufbau eines Recyclingnetzwerks untersucht und Empfehlungen an Politik und Wirtschaft erarbeitet.

"Wie ein Aktenkoffer voller Geld im Kofferraum"

"Jedes einzelne Elektrofahrzeug hat, gemessen an dem Wert der Industriemetalle in seiner Batterie, einen Aktenkoffer voller Geld im Kofferraum", erläutert Professor Thomas Spengler, Leiter des Instituts für Automobilwirtschaft und industrielle Produktion an der TU Braunschweig. Der Wirtschaftsingenieur forscht gemeinsam mit seinem Mitarbeiter Claas Hoyer an Fragen der nachhaltigen Gestaltung des Batterierecyclings.

Neueste Ergebnisse, die Hoyer im Rahmen seiner Promotion gewonnen hat, bescheinigen dem Recycling eine hohe Bedeutung für Investoren und Industrie. Dies zeigen seine Simulationen zum langfristigen Altbatterieaufkommen und Investitionsschätzungen für die benötigten Anlagen. Er erklärt, dass noch vor der Jahresmarke 2020, wenn nach den Plänen der Bundesregierung weit mehr Elektrofahrzeuge als heute auf deutschen Straßen unterwegs sein sollen, bereits tausende Batteriesysteme für die Verwertung bereit stünden. Schon im Jahr 2030, so ein weiteres Ergebnis der Untersuchung, könnten zwei Drittel der deutschen Importe von Kobalt, Nickel und Lithiumhydroxid durch das Recycling kompensiert werden, wovon auch private Investoren profitieren könnten. Einzig an einem umfänglichen Konzept fehle es, ergänzt der Wirtschaftswissenschaftler.

Aufbau eines Recyclingnetzwerks

Eines, so Spengler, sei jedoch schon jetzt sicher: "Werden die Batterien nicht in Deutschland behandelt und die wichtigen Industriemetalle zurückgewonnen, dann wird es woanders geschehen". Daher plädieren die Wirtschaftswissenschaftler für den strategischen Aufbau eines Recyclingnetzwerks. Die Automobilhersteller, die gesetzlich zur Rücknahme und Entsorgung verpflichtet sind, sollten dafür gezielt Kooperationen eingehen. "Da das zukünftige Altbatterieaufkommen von vielen verschiedenen Faktoren abhängt und sich die Erlöse je Batterie nach den Metallpreisen richten, empfehlen wir, hohe Kosten und Risiken durch parallele Systeme zu vermeiden und Synergien zu nutzen", erläutert Hoyer und ergänzt: "Die Hersteller sollten an einem Strang ziehen und Anreize für Investitionen von Recyclingunternehmen setzen. Im Gegenzug könnten sie sich damit bereits heute Recyclingkapazitäten sichern".

Beim Aufbau eines Recyclingnetzwerks sehen die Wissenschaftler einen wichtigen Faktor in der Dezentralisierung von Sammlung und Demontage: Durch sie könnten die Kosten des aufwendigen Transports der Batteriesysteme reduziert werden. Aufgrund des geringeren Investitionsbedarfs kleinerer Anlagen erlaube dies auch die Einbindung kleiner und mittelständischer Unternehmen. Die weitere Behandlung von Batteriezellen würde jedoch durch spezialisierte Unternehmen zentral erfolgen, um Größenvorteile zu nutzen und Investitionsrisiken zu minimieren.

Forscher fordern metallspezifische Rückgewinnungsquoten

Bedingungen für den Aufbau eines solchen Recyclingnetzwerkes müssten allerdings auch durch die Politik geschaffen werden, so die Forscher. "Eine umweltverträgliche und effiziente Behandlung der Batterien wird die gesellschaftliche Akzeptanz und Konkurrenzfähigkeit der Elektromobilität erhöhen", erklärt Hoyer. Insbesondere empfiehlt er daher die Einführung metallspezifischer Rückgewinnungsquoten, so dass künftig auch Lithium, Mangan und Kupfer, die in bestehenden Prozessen nicht oder nur anteilig zurückgewonnen werden, dem Wirtschaftskreislauf erhalten blieben.

Nicht zuletzt, appellieren die Experten, sollten Politik und Wirtschaft die Erforschung und Weiterentwicklung effizienter und nachhaltiger Recyclingverfahren fördern. Die Rückgewinnung, Aufbereitung und Verwertung weiterer wichtiger Batteriebestandteile, aber auch die Konstruktion normierter, recyclinggerechter Batterien sollten dabei im Mittelpunkt stehen.