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10.04.2014 | Fahrzeugtechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Wohin damit? Was vom Elektroauto übrig bleibt

Autor:
Christiane Brünglinghaus

Reichweite, Ladeinfrastruktur, Kosten: Das sind oft gehörte Herausforderungen der Elektromobilität. Schön und gut. Doch was ist mit dem Thema Entsorgung? Denn ohne eine ganzheitliches Recyclingkonzept macht Elektromobilität nur wenig Sinn.

Die Leistungselektronik ist eine wesentliche Komponente in Elektrofahrzeugen. Sie kann einen wichtigen Einfluss auf funktionale Eigenschaften und Kostenstrukturen haben. Insbesondere durch die zahlreichen AC-DC- und DC-DC-Wandler wird der Wertschöpfungsanteil der Leistungselektronik am Gesamtfahrzeug und damit auch die Ressourcenrelevanz deutlich steigen.

Allerdings: Für die Leistungselektronik in der Elektromobilität existiert heute keine gängige Recyclingroutine. Insbesondere in Spannungswandlern sind wertvolle Metalle verbaut, die bislang nicht rückgewonnen werden. Zudem entwickelt die Industrie derzeit Halbleiter der nächsten Generation auf Basis von Galliumnitrid. Diese Stoffe sind in kompakten Bauelementen verbaut und können bislang noch gar nicht rückgewonnen werden.

Elektrofahrzeugrecycling: Projekt ElmoReL 2020

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Deshalb soll das neue Projekt "Elektrofahrzeugrecycling 2020 - Schlüsselkomponente Leistungselektronik" unter der Leitung des Öko-Instituts optimierte Recyclingverfahren entwickeln. Damit sollen die wichtigsten Inhaltsstoffe der Leistungselektronik von Elektrofahrzeugen zurückgewonnen werden. Ziel ist die wertvollen Inhaltsstoffe wie Gallium, aber auch Edelmetalle wie Gold und Silber sowie weitere Technologiemetalle wiederzuverwenden.

Das Projekt wird derzeit auf der Hannover Messe vorgestellt. Das Öko-Institut arbeitet dabei mit Partnern aus der Wirtschaft wie Volkswagen, Electrocycling, PPM Pure Metals sowie mit dem IFAD Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik der TU Clausthal zusammen. Das Projekt wird gefördert vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB).

"Angesichts der weltweit wachsenden Ressourcenknappheit müssen solche Stoffe, die von der EU-Kommission als selten und daher wirtschaftlich besonders wertvoll eingestuft wurden, durch Recycling zurückgewonnen werden", fasst Dr. Doris Schüler, Expertin für nachhaltige Ressourcenwirtschaft und Projektleiterin am Öko-Institut, zusammen. "Nur wenn wir heute beginnen, nachhaltig mit diesen Bestandteilen umzugehen, können wir künftige Versorgungsengpässe vermeiden."

Verfahrensoptimierung, ökonomische und ökologische Prüfung

Im Projekt soll die Lücke zwischen dem klassischen, auf Edelmetalle fokussierten Elektronikschrottrecycling und den hydrometallurgischen Rückgewinnungsprozessen aus vorkonzentriertem, hochreinem Material der Halbleiterindustrie geschlossen werden. Dafür werden zunächst Inhaltsstoffe in relevanten Komponenten analysiert und bestehende Recyclinglücken aufgezeigt. Darauf aufbauend entwickeln die Experten des Projektverbunds neue Recyclingverfahren beziehungsweise beschreiben, mit welchen Anpassungen existierende Verfahren angewandt werden können.

Schließlich werden alle entwickelten Vorschläge daraufhin geprüft, ob sie aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten gut umsetzbar sind. Begleitend dazu wird abgeschätzt, welche Ressourceneinsparung bei einer nationalen und internationalen Umsetzung des optimierten Recyclings der Leistungselektronik erreicht werden kann. Eine Ökobilanz, welche die Umweltvorteile des Recyclings gegenüber der Primärrohstoffgewinnung ermittelt, soll das Projektportfolio abrunden.

Aber nicht nur das Öko-institut und seine Partner arbeiten an optimierten Recyclingverfahren. Auch Toyota forscht zum Thema Recycling. Das Japanische Unternehmen hat jetzt eine Recycling-Technik für Kupfer aus Fahrzeugkabeln entwickelt. Durch die gemeinsam mit Yazaki, Toyota Tsusho und acht anderen Unternehmen entwickelte Methode könne Kupfer mit einem Reinheitsgrad von 99,96 Prozent produziert werden. In den Elektromotoren von Hybridfahrzeugen kommen große Mengen des Rohstoffs zum Einsatz.

Lithium-Ionen-Batterie-Recycling

Aber auch die Lithium-Ionen-Batterie im Elektroauto hat eine endliche Lebenszeit. Das Recycling dieser Traktionsbatterien stellt auch in vielerlei Hinsicht eine Herausforderung dar. Neben sicherheitstechnischen Fragestellungen sind besonders die Batterierückname, -demontage und nasschemische Aufbereitung der Zellen noch ungeklärt.

"Die aktuelle überwiegend in der Entwicklung befindlichen Hochleistungsbatterien für Hybrid- und Elektrofahrzeuge sind auf unterschiedlichste Art und Weise aufgebaut und stellen einen Verbund mit anderen Bauteilen beziehungsweise Komponenten wie Elektroniksystemen, Gehäuse, Kühlsysteme dar. Wegen dieses sehr heterogenen Materialverbunds können hohe Ausbeuten an Wertmaterialien, gute Prozessstabilität und niedrige Kosten momentan nur mit entsprechenden ganzheitlichen Konzepten und modernen Technologien erreicht werden", erläutert Springer- Autor Frank Treffer im Kapitel "Lithium-Ionen-Batterie-Recycling" aus dem Handbuch Lithium-Ionen-Batterien.

LithoRec: hohe Recyclingeffizienz möglich

Ein Beispiel für ein solches Konzept ist das Projekt LithoRec. Bei dem 2012 zu Ende gegangenen Forschungsprojekt ist ein neues Konzept entworfen worden, mit dem sich eine hoher Anteil der eingesetzten Materialien von Lithium-Ionen-Akkus recyceln lässt. Zwölf Partner aus Industrie und Forschung, unter Federführung der TU Braunschweig und des Niedersächsischen Forschungszentrum Fahrzeugtechnik, waren beteiligt.

In LithoRec konnte ein Verfahren entwickelt werden, in welchem auf mechanischem und hydrometallurgischem Wege je nach Aktivmaterial 85 bis über 95 Prozent (bezogen auf separiertes Kathodenmaterial als Rohstoff für das hydrometallurgische Recycling) des Lithiums wiedergewonnen werden kann. Ziel ist nun die Weiterentwicklung der Konzepte aus LithoRec zur industriellen Umsetzung eines Recyclings von Lithium-Ionen Batterien in Deutschland. Es sollen insbesondere die Prüfung, Entladung und die Demontage der Traktionsbatteriesysteme, sowie die mechanische Aufbereitung der Lithium-Ionen-Batteriezellen in einer Pilotanlage umgesetzt werden. Dieses Projekt soll noch bis Sommer 2015 laufen.

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