Kommunikator für Innovation, Technologie und Wissenschaft; Moderator sowie Fachjournalist & Fachautor
E-Mobilität ist dabei eine von mehreren Antriebsarten der Zukunft, die sich aber nun ansetzt, mit hoher Geschwindigkeit den altehrwürdigen Verbrennungsmotor zu überholen. Um auf der Überholspur zu bleiben und die Akzeptanz beim fahrenden Volk zu erhöhen, sind die Weiterentwicklung, die Sicherheit, die Weiterverwendung und das Recycling von Akkumulatoren wesentliche Faktoren. Bei der Akkumulatoren-Entwicklung geht es nicht nur um Leistung und schnelle Ladezeiten, sondern auch um die immer wichtiger werdenden Trendthemen wie Langlebigkeit, Nachhaltigkeit, Kosten, Ressourcenschonung, Umweltschutz und Sicherheit. Hierzu gaben vier Referenten aus Forschungseinrichtungen und Unternehmen Einblick in die Zukunft der Elektrobatterie.
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Umicore AG & Co. KG
Referent: Dr. Paul Spurk, Umicore AG & Co. KG, Hanau
Den „Beitrag von Li-Ionen-Batterien zur Energiewende aus Sicht des Batteriematerialherstellers Umicore“ beleuchtete Dr. Paul Spurk, Regional Manager Applied Technology Europe & North America bei der Umicore AG & Co. KG, Hanau. Als weltweit führendes Recyclingunternehmen komplexer edelmetallhaltiger Produkte recycelt Umicore alte Autoabgaskatalysatoren ebenso wie gebrauchte, wiederaufladbare Batterien, Mobiltelefon sowie Komponenten aus Brennstoffzellen. „Als weltweit führender Produzent von Batteriematerialien für Hybrid- und Elektrofahrzeuge finden sich unsere Batteriematerialien in zahlreichen Elektro-Fahrzeugen. Die weltweite Batterienachfrage steigt stark an, die Elektromobilität ist ein klarer Treiber für diese Entwicklung. Unsere umfangreichen Kenntnisse in den Bereichen Materialien für wiederaufladbare Batterien und Batterierecycling erlauben uns aber einen ganzheitlichen Blick auf die Weiterentwicklung der Elektromobilität“, betonte Spurk bei der EmoKon-Veranstaltung. Entsprechend steigen auch die Herausforderungen und Anforderungen beim Batterierecycling. Während des Recyclingprozesses gewinnt das Unternehmen mehr als 20 Edel- und Sondermetalle zurück. Umicore betreibt hierfür auch Demontageanlagen für Altbatterien von Hybrid- und Elektrofahrzeugen in Hanau. Der Rückgewinnungsprozess umfasst das Sortieren der Batterien, die Demontage der Batteriepacks und das Recycling hochwertiger Metalle, die dank eines unternehmenseigenen Schmelzprozesses und anschließender hydrometallurgischer Behandlung sorgfältig wiedergewonnen werden können. „Als einer der weltweit führenden Produzenten aktiver Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien bieten wir unseren Kunden einen geschlossenen Materialkreislauf“, so Dr. Paul Spurk. Damit ist Umicore eines der wenigen Unternehmen weltweit, dass diesen geschlossenen Recyclingkreislauf anbietet und spielt zudem eine Vorreiterrolle, Kunden in der Wertschöpfungskette der Materialien für wiederaufladbare Batterien Produkte mit zertifizierter sauberer und ethischer Herkunft anzubieten.
Wiederaufladbare Batterien – vor allem Lithium-Ionen-Batterien – finden sich in großen Stückzahlen in Smartphones, Elektrowerkzeugen und stationären Energiespeichern und sind das leistungsstarke Herzstück moderner Elektroautos.
Nach einer Prognose der Nationalen Plattform Zukunft der Mobilität werden voraussichtlich bis 2022 alleine in Deutschland ca. eine Million Elektroautos zugelassen sein, bis 2025 soll der Bestand auf bis zu drei Millionen Elektrofahrzeuge ansteigen. Die durchschnittliche Lebensdauer von Akkumulatoren für die automobile Anwendung beträgt je nach Typ und Beanspruchung rund zehn Jahre. Ab dem Jahr 2030 ist somit mit einem stetig wachsenden Aufkommen an ausgedienten E-Batterien zu rechnen. Diese können im Second-Life-Modus weiter als Energiespeicher genutzt werden oder nachhaltig recycelt werden, um wertvolle Metalle wie Kobalt, Lithium, Nickel und Kupfer wiederzugewinnen. „Ein effektives Batterierecycling aus ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten ist daher von großer Relevanz“, betonte Dr. Benjamin Balke von der Fraunhofer-Einrichtung für Werkstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie (IWKS) aus Hanau in seinem Vortrag „Batterierecycling für E-Mobilität“.
Im Verbundprojekt »AutoBatRec2020« (Automotive Battery Recycling 2020), koordiniert von der Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC, soll die gesamte Kette des Batterierecyclings betrachtet werden, angefangen beim Sammeln der Altbatterien, über die unterschiedlichen Verfahren, Batterien aufzutrennen, bis hin zur Aufbereitung der Batteriematerialien und zur Wiederverwendung in neuen Batterien. „Ziel ist es, die einzelnen Verfahren hinsichtlich ihrer Effizienz und Wirtschaftlichkeit sowie ihrer Nachhaltigkeit zu bewerten und durch intelligente Kombination und Weiterentwicklung eine ökonomisch interessante Wertschöpfungskette aufzubauen“, erläuterte Balke und zeigte, wie komplex und aufwendig das Recycling der Batterien ist.
Allein zehn große Einzelprozesse wie Demontage, Vorzerkleinerung, elektrohydraulische Zerkleinerung, physikalische Trennung und Sortierung der Einzelbestandteile, Aufreinigung und Materialcharakterisierung sind dabei zu koordinieren und zu optimieren. Eine große Herausforderung ist zudem die Vielfalt der unterschiedlichen Batteriesysteme am Markt. Die Altbatterien unterscheiden sich im Aufbau, Zustand und Rohstoffgehalt signifikant, die Vielzahl an Formaten und Zellaufbauten verkompliziert daher die Automatisierung des Recyclings zusätzlich. Erschwerend kommt hinzu, dass zum Teil im Hochvoltbereich gearbeitet werden muss, und es im Falle von beschädigten Batterien zu Kontakt mit brennbaren und gesundheitsschädlichen Bestandteilen kommen kann. Ziel sei es hier, so Benjamin Balke, neue ganzheitliche Konzepte zu erarbeiten, um diese Risiken weiter zu reduzieren bzw. durch Analyse der Möglichkeiten entlang der gesamten Wertschöpfungskette diese und andere Gefahren zu identifizieren und möglichst völlig auszuschließen. Um die Wiederverwertungsmöglichkeiten in Zukunft noch effizienter ausschöpfen zu können, werden auch Lösungen für ein intelligentes „Design for Recycling“ erarbeitet.
Geschäftsbereichsleiter Funktionswerkstoffe
Projektleiter und Senior Expert für Roboterprogrammierung und Regelung am Fraunhofer IPA in Stuttgart
Referent: Lorenz Halt, Fraunhofer Institut Stuttgart für Produktionstechnik und Automatisierung
Lorenz Halt, Projektleiter und Senior Expert für Roboterprogrammierung und Regelung am Fraunhofer IPA in Stuttgart, konnte zwar nicht persönlich vor Ort sein, in seinem zur Verfügung gestellten Vortrag „Automatisierte Demontage von Batterien“ gab er aber einen Überblick über die dem Recycling vorgelagerte Demontage der Akkumulatoren. Halt ist Projektleiter der Batteriedemontage auf Modulebene des Verbundforschungsprojekts DeMoBat. Ziel des Verbundforschungsprojekts ist die Demonstration der Machbarkeit industrieller und automatisierter Demontage von Batteriemodulen und Elektro-Antriebsaggregaten unter Berücksichtigung wirtschaftlicher und regulatorischer Rahmenbedingungen. Auch wenn mit dem ersten großen Rücklauf an ausgedienten Alt-Batterien aus Elektrofahrzeugen erst ab dem Jahr 2030 zu rechnen ist, ist es umso wichtiger, jetzt die Strukturen und Prozesse für eine effiziente und nachhaltige Demontage der Batterien aufzubauen. Eine automatisierte Demontage ist dabei ein Schlüssel zur Kostensenkung bei der Weiterverwendung und dem Recycling von Batterien.
Die wesentlichen Ziele des DeMoBat-Projekts sind vier Demonstratoren. Diese dienen der Validierung und Veranschaulichung der Machbarkeit industrieller und automatisierter Demontage von Batteriemodulen aus Batteriesystemen sowie von Batteriezellen aus Batteriemodulen. Darüber hinaus veranschaulicht ein Demonstrator die Demontage einzelner Batteriezellen, deren stoffliche Fraktionierung und validiert die Eignung der zurückgewonnenen Kathoden- und Anodenmaterialien hinsichtlich ihrer Wiedereinsatzmöglichkeiten bei der Herstellung neuer Batteriezellen. Ein weiterer Demonstrator hat die Validierung und Machbarkeit der industriellen und (teil-) automatisierten Demontage von E-Antriebsaggregaten im Blick.
Referent: Dr. Horst Kreuter, Vulcan Energien Ressourcen GmbH, Karlsruhe
Das Alkalimetall Lithium ist einer der zentralen Rohstoffe zur Herstellung von Batterien für Elektrofahrzeuge. Für die vollständige Elektrifizierung europäischer Mobilität sind große Mengen von Lithium notwendig. Doch woher sollen die benötigten Mengen kommen? Unter anderem aus Deutschland. Dr. Horst Kreuter, Geschäftsführer der Vulcan Energien Ressourcen GmbH, überraschte das Publikum in seinem Vortrag zum Thema „Produktion von CO2-freiem Lithium am Oberrhein“ mit der Kernbotschaft, dass Deutschland über genügend Ressourcen an Lithium verfügt, um etwa 25 % der Elektroautos in Europa mit Lithium-Ionen-Batterien zu versorgen. „In der Oberrheinischen Tiefebene lagert das größte Lithium-Vorkommen innerhalb der EU. Dieses Vorkommen allein kann den europäischen Bedarf an Lithium über viele Jahre zu 25% decken. Dank unserer zentralen Lage und der Schaffung regionaler Wertschöpfungsketten reduzieren wir das Beschaffungsrisiko und die Abhängigkeit von Herstellern aus Drittländern deutlich“, so Kreuter.
Sein Unternehmen plant CO2-freies Lithium in der Region des Oberrheins zu produzieren. Horst Kreuter hat ein breites Wissen zur globalen Lithium-Gewinnung, zur Herstellung von Batterien für die Automobilindustrie und zur geologischen Beschaffenheit von Regionen auf der ganzen Welt – er kennt die komplexen Zusammenhänge in der Wertschöpfungskette von Akkumulatoren. Sein Ziel ist es, mit dem Vulcan Zero Carbon Lithium TM -Projekts den derzeit hohen CO2-Fußabdruck der Produktion von Lithium-Ionen-Akkus für Elektrofahrzeuge drastisch zu verringern. „Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir ein patentiertes Verfahren entwickelt, das uns die weltweit erste CO2-freie Lithiumgewinnung aus den Thermalwässern des Oberrheingrabens in Deutschland mit unserem Vulcan-Projekt ermöglicht. Unser innovatives Verfahren verursacht keine Treibhausgasemissionen und ist sowohl umwelt- als auch klimaschonend. Durch die Koppelung an eine Geothermie-Anlage entsteht kein unnötiger Flächenverbrauch, kaum Wasserverbrauch und eine komplette Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen. Unser Beitrag zur Produktion von Lithium mit erneuerbarer Erdwärme ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg, eine nachhaltige europäische Batterie- und Automobilindustrie zu ermöglichen“, sagte Horst Kreuter bei der EmoKon in Bad Soden-Salmünster. 2024 sollen aus der Region bereits 15.000 Tonnen Lithiumhydroxid (LiOH) pro Jahr gewonnen werden, ab 2025 soll die Menge auf 40.000 Tonnen pro Jahr steigen.
Geschäftsführer der Vulcan Energie Ressourcen GmbH
Telefon 0721 570 44680
Mail horst.kreuter@v-er.eu
Website www.v-er.eu
Walter Dreßbach (Referatsleiter)
Wirtschaft, Arbeit und digitale Infrastruktur
Telefon: +49 6051 8513700
Telefax: +49 6051 85 912554
E-Mail: wirtschaft@mkk.de
