Die Herausforderungen des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien

Der Recyclingprozess von Batterien

Batterien und Produktionsabfälle können über verschiedene Verfahren recycelt werden, die alle aus mehreren komplexen Etappen bestehen:

• Sammlung: Produktionsabfälle und Altbatterien werden eingesammelt und zu geeigneten Lagerstätten transportiert. Dies erfordert den Aufbau passender Infrastrukturen sowie die Organisation einer speziellen Logistik, um die Sicherheit zu gewährleisten und insbesondere Brandrisiken zu vermeiden.
• Vorbehandlung:
  • Die Batterien werden anschließend demontiert, und die einzelnen Komponenten werden den entsprechenden Verwertungs- oder Recyclingkanälen zugeführt.
  • Je nach Batterietyp und Recyclingverfahren kann es notwendig sein, sie zuvor zu prüfen und zu entladen.
  • Werden die Batterien hydrometallurgisch recycelt, ist eine Zwischenstufe im Zerkleinerungsprozess erforderlich. Dabei wird die sogenannte „Black Mass“ aus den Batteriezellen gewonnen – ein aktives Pulver, das unter anderem Metalloxide enthält, also die Materialien, aus denen Anode und Kathode ursprünglich bestehen. In dieser Black Mass konzentriert sich der größte Wert der Batterie.
• Materialrückgewinnung: Ziel ist es, die verschiedenen Metalle mit hohem Reinheitsgrad zu extrahieren, um sie anschließend weiterzuverarbeiten. Dazu sind mehrere Unterstufen der Extraktion und Raffination notwendig.

Hierbei kommen verschiedene metallurgische Verfahren zum Einsatz:

• Pyrometallurgie: Hochtemperaturverfahren, bei dem Schlacken („slag“) und Metallschmelzen („alloy“) als Zwischenprodukte entstehen, gefolgt von einer hydrometallurgischen Raffination.
• Hydrometallurgie: Chemisches Verfahren, bei dem Metallsalze mithilfe von Lösungsmitteln aufgelöst und zurückgewonnen werden.

In weiteren Reinigungsstufen werden die Metalle schließlich auf eine Reinheit gebracht, die für die Herstellung neuer Batterien geeignet ist.

Die derzeit leistungsfähigsten Verfahren ermöglichen bereits die Rückgewinnung von bis zu 95 % der Batteriebestandteile. Nach Abschluss des Prozesses werden die Metalle von Herstellern von pCAM- und CAM-Materialien (aktive Kathodenmaterialien) weiterverwertet.

Neue Ansätze wie das direkte Recycling werden derzeit erforscht – darauf gehen wir im dritten Teil dieser Artikelserie näher ein.

Die drei zentralen Herausforderungen des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien

Ökologische Herausforderungen

Das Recycling von Batterien kann den mit ihrer Herstellung verbundenen ökologischen Fußabdruck um bis zu 50 % reduzieren, insbesondere im Hinblick auf CO₂-Emissionen¹IFRI. (2020, 3. November). Das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien: Eine strategische Säule der European Battery Alliance [auf Englisch]. https://www.ifri.org/en/studies/recycling-lithium-ion-batteries-strategic-pillar-european-battery-alliance. Die Produktion einer Batterie verursacht zwischen 5 und 6 Tonnen CO₂, hauptsächlich aufgrund ihrer metallischen Komponenten. Heute stammen die in Batterien verwendeten Rohstoffe überwiegend aus dem Bergbau, der rund 80 % des gesamten CO₂-Fußabdrucks ausmacht²Carbone 4. (o. D.). Irrtümer über das Elektroauto [auf Französisch]. https://www.carbone4.com/analyse-faq-voiture-electrique. Durch die Rückgewinnung von Metallen aus recycelten Batterien ließen sich die Emissionen aus der Rohstoffgewinnung deutlich verringern.

Darüber hinaus könnte Recycling auch andere ökologische und soziale Belastungen mindern, die mit dem Bergbau verbunden sind – etwa hohen Wasserverbrauch, Verschmutzung von Boden, Wasser und Luft, Zerstörung von Ökosystemen sowie prekäre Arbeitsbedingungen und Gewaltkonflikte in bestimmten Förderregionen.

Trotz dieser Vorteile sind die aktuellen Recyclingverfahren nicht vollkommen umweltfreundlich. Sie sind energie- und ressourcenintensiv und beruhen auf chemischen Prozessen, die schädlich für Umwelt und Gesundheit sind. So führt beispielsweise die Verwendung von Schwefelsäure zur Entstehung von Natriumsulfat als Abfallnebenprodukt. Da es in Europa bislang keine vollständig etablierte Recyclingkette gibt, werden die meisten Batterierückstände derzeit nach Asien exportiert, um dort verarbeitet zu werden. Eine europäische Kreislaufwirtschaft würde somit zur Verbesserung der ökologischen Gesamtbilanz (LCA) europäischer Batterien beitragen.

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Wirtschaftliche Herausforderungen

Der Aufbau einer europäischen Recyclingindustrie würde zahlreiche Arbeitsplätze und wirtschaftliche Wertschöpfung schaffen. Da das Batterierecycling mehrere Prozessstufen umfasst – von der Sammlung über die Vorbehandlung bis zur Metallgewinnung – könnte ein komplettes industrielles Ökosystem entstehen. Dies zeigt, welches Potenzial die Energiewende für eine Reindustrialisierung Europas birgt.

Energiesouveränität

Batterien enthalten sogenannte kritische Metalle – Rohstoffe, deren Versorgung von strategischer Bedeutung ist, etwa Nickel, Mangan, Kobalt und Lithium. Die derzeitige Abhängigkeit Europas von Asien, insbesondere von China, das einen Großteil der Raffination kontrolliert, stellt ein erhebliches strategisches Risiko für europäische Hersteller dar.

Mit dem erwarteten Wachstum des Marktes für Elektrofahrzeuge wird dieses Thema noch relevanter: Die Europäische Kommission schätzt, dass sich der europäische Lithiumbedarf zwischen 2023 und 2030 verachtzehnfachen und der Bedarf an Kobalt verfünffachen wird³Connaissance des Énergies. (2024, 24. September). Wie ist der Stand der Recyclingsektoren für Batterien von Elektrofahrzeugen? Connaissance des Énergies [auf Französisch]. https://www.connaissancedesenergies.org/questions-et-reponses-energies/recyclage-des-batteries-des-vehicules-electriques. Auch wenn bis 2030 kein unmittelbarer Ressourcenmangel droht, könnte die rasante Nachfrageentwicklung zu Versorgungsengpässen führen.

Derzeit wird der Großteil der in Europa anfallenden Black Mass noch nach Asien exportiert, um dort raffiniert zu werden. Eine europäische Recyclingindustrie würde die Batteriewertschöpfungskette zirkulärer gestalten, eine lokalere und nachhaltigere Versorgung mit strategischen Metallen für die Gigafactories sicherstellen und die Abhängigkeit von asiatischen Lieferanten reduzieren. Schätzungen zufolge könnten im Jahr 2035 fast 30 % des Kobalts, 16 % des Lithiums und 21 % des Nickels, die für neue Batterien benötigt werden, aus Recyclingquellen stammen⁴Veolia. (2024). Recycling von Lithium-Ionen-Batterien [auf Französisch]. https://www.veolia.com/sites/g/files/dvc4206/files/document/2024/06/veolia-recyclage-batteries-lithium-ion-2024.pdf.

Das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien stellt eine zentrale strategische Herausforderung für Europa dar. Es trägt dazu bei, die Umweltauswirkungen der Batterieproduktion zu verringern, die Abhängigkeit von Importen kritischer Metalle zu reduzieren und die Entstehung eines lokalen industriellen Ökosystems zu fördern. Eine starke europäische Recyclingkette ist daher ein entscheidender Hebel für die Energiewende.

Der Recyclingprozess besteht aus zahlreichen Schritten, die jeweils unterschiedliche Verfahren, Akteure und Rahmenbedingungen umfassen. Nicht alle Akteure haben denselben Bedarf oder stehen vor denselben Herausforderungen bei der Skalierung ihrer Aktivitäten. Im zweiten Teil dieser Artikelserie werden wir die Herausforderungen beim Aufbau einer europäischen Batteriekreislaufwirtschaft vertiefen.

Wir von Alcimed begleiten Sie gerne dabei, die Herausforderungen des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien zu meistern. Kontaktieren Sie unser Team!

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Über die Autorin, 

Juliette, Senior Consultant in Alcimeds Energie-, Umwelt- und Mobilitätsteam in Frankreich