Batterie-Recycling: Welche Herausforderungen es zu meistern gilt
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Der Übergang hin zur Elektromobilität wirft Fragen zum ökologischen Fußabdruck von Fahrzeugbatterien, der Kritikalität von Rohstoffen und der Wettbewerbsfähigkeit europäischer Industrien entlang der Wertschöpfungskette auf. Ein lokales Recycling von Batterien und die Rückführung der Rohstoffe wird in diesem Kontext als wichtiger Baustein für eine europäische Kreislaufwirtschaft angesehen. Ansonsten wäre die Umweltbilanz von Elektroautos wohl eher zweifelhaft. Doch welche Herausforderungen gibt es?
Eines dürfte klar sein: Nur ein funktionierendes Batterie-Recycling wird dafür sorgen, dass E-Autos ihr Umweltversprechen vollumfänglich einlösen können. Weltweit arbeiten Unternehmen und Forschungseinrichtungen daran, ausgediente Akkus aus Elektroautos zu recyceln und die Rohstoffe wieder nutzbar zu machen. Aktuell werden jährlich ungefähr 50 Kilotonnen Altbatterien in Europa recycelt. Positive Nachricht: Die Menge zu recycelnder Batterien wird in den kommenden Jahren kontinuierlich zunehmen, weiß das Fraunhofer Institut. Zudem werde sich die Herkunft dieser Batterien verändern. Nach Berechnungen des Fraunhofer ISI wird die Menge zu recycelnder Batterien in Europa im Jahr 2030 eine Menge von 420 Kilotonnen und im Jahr 2040 eine Menge von 2100 Kilotonnen erreichen.
Im Jahr 2020 entstammte der Großteil der Altbatterien noch aus dem Consumer-Bereich, also beispielsweise aus Mobiltelefonen oder Laptops. Heute kommt der größte Anteil des zu recycelnden Batteriematerials aus Ausschüssen aus der Batterieproduktion. Dieser Trend werde sich laut der Forscher in den nächsten Jahren fortsetzen, so dass dieser Bereich mittelfristig die größte Quelle für das Recycling stellen wird. „Erst längerfristig, ab circa 2035, wenn eine größere Anzahl an Automobil-Batterien ihr Lebensende erreicht haben wird, werden diese ‚End-of-Life‘-Batterien aus dem Pkw-Bereich den größten Anteil stellen“, heißt es weiter.
Rücklaufmengen an „End-of-Life“-Lithium-Ionen-Batterien in der EU, Großbritannien, Norwegen und der Schweiz und woher diese kommen | Abbildung: Fraunhofer ISI
Rezyklate allein decken nicht den Ressourcenverbrauch
Heutige Lithium-Ionen-Batterien enthalten zahlreiche wertvolle und zum Teil kritische Materialien, die ein Recycling besonders attraktiv machen. Dazu gehören Kobalt, Nickel, Lithium, Kupfer und Aluminium. Mengenmäßig kleinere Anteile haben Kobalt und Lithium, die aber aufgrund ihrer hohen Preise wertmäßig deutlich ins Gewicht fallen. Gerade der Preis für Lithium und Kobalt hat sich in den vergangenen zwei Jahren enorm erhöht, was dieses Bild verstärkt hat.
Doch vergleicht man die Materialmengen, die aus Altbatterien recycelt werden können, mit dem Bedarf an Batteriematerialien für die Zellproduktion – die sich gerade in einer Phase des extremen Markthochlaufs befindet – muss man feststellen, dass die Rezyklate mittelfristig nur einen geringen Anteil an den benötigten Batteriematerialien bereitstellen können. Im Jahr 2040 könnten laut der Forscher zufolge beispielsweise 40 Prozent des Kobalts und mehr als 15 Prozent des Bedarfs an Lithium, Nickel und Kupfer für die Zellproduktion gedeckt werden.
Mittelfristig könnte das Batterie-Recycling die Abhängigkeit von Batteriematerial-Importen zumindest ein Stück weit verringern und langfristig auch einen signifikanten Beitrag zur Bereitstellung der benötigten Materialien leisten. Ausschlaggebend für ein großflächiges Recycling von Batterien ist der Regulierungsrahmen aus der Politik. In der EU hat die EU-Kommission im Jahr 2020 einen Vorschlag für eine Batterie-Verordnung vorgelegt, auf den das EU-Parlament mit zahlreichen Forderungen zu Anpassungen und zum Teil Verschärfungen reagiert hat. Im Dezember 2022 konnten das Europäische Parlament und der Rat nun eine vorläufige politische Einigung erzielen, sodass die Verordnung in den nächsten Jahren in Kraft treten dürfte.
Diese neue Verordnung sieht die Verpflichtung zum Recycling von Batterien vor. Weiterhin schreibt sie Mindestrecyclingquoten für die einzelnen Batteriematerialien vor, die mit der Zeit weiter verschärft werden. Außerdem werden Mindestwerte für den Einsatz von Rezyklaten in der Produktion neuer Batterien vorgeschrieben. Neben technischen Verbesserungen wird zukünftig eine große Herausforderung darin bestehen, den Zugriff auf die „End-of-Life“-Batterien zu sichern (inklusive exportierter Gebrauchtwagen), um den Zugang zu Rezyklaten zu gewährleisten. Sammelnetzwerke und die entsprechende Logistik dazu müssen aufgebaut werden.
Mengen verschiedener Wertstoffanteile in „End-of-Life“-Lithium-Ionen-Batterien, sowie (b) deren Materialwerte gemäß mittlerer Rohstoffpreise der Jahre 2021/22 | Abbildung: Fraunhofer ISI
Ein Batterie-Pass könnte das Recycling erleichtern
Zur Bewältigung zukünftiger Recyclingmengen müssen die Kapazitäten, die heute im zweistelligen Kilotonnen-pro-Jahr-Bereich liegen, massiv hochskaliert werden. Dafür wird in Europa Anlagentechnik benötigt, welche, je nach Geschwindigkeit des Marktwachstums und des globalen Anteils europäischer Recyclingkapazitäten, laut einer Studie des Fraunhofer Instituts kumulierte Investitionen (inklusive Serviceleistungen) in Höhe von etwa 6,6 Milliarden Euro bis 2040 erfordert. Dies entspreche für das Jahr 2040 einer europäischen Marktgröße von etwa 810 Millionen Euro.
Langfristig gilt es, diese gute Wettbewerbsposition auszubauen, um von den Beschäftigungspotenzialen dieses wachsenden Marktes zu profitieren. Gemäß der im Rahmen der Studie ermittelten Wachstumsprognosen könnten weltweit im Maschinen- und Anlagenbau bis 2030 etwa 570, bis 2040 sogar etwa 3800 Arbeitsplätze für die Bereitstellung und den Service von Anlagen für das europäische Batterierecycling entstehen; mit guten Aussichten für den europäischen Maschinen- und Anlagenbau an dieser Entwicklung maßgeblich zu partizipieren.
Wie auch bei der Herstellung von Batterien ist mit einem starken Wettbewerb internationaler Anlagenhersteller zu rechnen, insbesondere aus Asien. In China beispielsweise ist die Batterierecyclingindustrie heute bereits deutlich größer als in Europa, sodass praktische Erfahrungen mit den Verfahren und Anlagen vorliegen. Doch ganz so düster sind die Aussichten für Europa nicht: „Flankiert von einem Regulierungsrahmen, welcher den ökologischen Fußabdruck von Batterien ganzheitlich adressiert und regionale Gegebenheiten wie Energiemix und Logistikaufwand berücksichtigt, könnte sich Europa dennoch zu einem Leitmarkt für ein grünes und hocheffizientes Batterie-Recycling entwickeln“, resümiert das Fraunhofer Institut.
Das Branchenmagazin Autohaus hat ein Interview mit Frank Stumpf geführt, dem Operations Director Fortum Batterie Recycling in Deutschland. Er weiß um die Herausforderungen: „Batterien für E-Autos werden immer vielfältiger: Nicht nur was Aufbau und Konstruktion angeht, sondern vor allem in Hinsicht auf Zellchemie und Aktivmaterialien. Das stellt Recycling-Unternehmen vor große Herausforderungen“, weiß der Experte des finnischen Energiekonzerns, der jüngst im baden-württembergischen Kirchardt eine Recycling-Anlage eröffnet hat. Da es inzwischen viele unterschiedlich zusammengesetzte Batterien gibt, wären einheitliche Batterien laut Stumpf wünschenswert, jedoch werde es in absehbarer Zeit nicht so weit kommen. „Die Autohersteller werden weiterhin auf Eigenentwicklungen und eigene Formate setzen. Wir als Recycler müssen uns darauf vorbereiten, dass wir diese Batterien behandeln und bearbeiten können. Schauen Sie sich beispielsweise die neuen LFP-Batterien an, die heute bereits in ersten Autos auf die Straße kommen. Für die ist aktuell kein geeignetes, wirtschaftliches Recyclingverfahren bekannt. Aber es muss und wird kommen“, erklärt er gegenüber Autohaus.
Das Problem: Laut des Experten spiele die Wiederverwertbarkeit bei den Produzenten aktuell keine große Rolle. Zwar dürfte sich dies in Zukunft ändern, doch bis recycelte Akkus in größerer Zahl bei uns landen, würden locker noch zwölf Jahre vergehen, meint Stumpf. „Bis dorthin arbeiten wir mit sehr heterogenen Materialien. Manche Batteriegehäuse kommen mit anmontierten Sitzschienen zu uns – das hilft beim Recycling nicht gerade, ist aber so.“ Um das Recycling kurz- und mittelfristig zu erleichtern, schlägt der Recycling-Experte eine Art Batterie-Pass für jede Batterie vor, um schnell abrufbare Informationen bereitzustellen. Dabei sei es vor allem wichtig, zu wissen, welche Chemie und welche Technik in einem Akku enthalten ist. „Das macht unsere Arbeit nicht nur effizienter, sondern vor allem sicherer.“
Quellen: Fraunhofer ISI – Recycling von Lithium-Ionen-Batterien wird in Europa stark zunehmen / Fraunhofer ISI – Recycling von Lithium-Ionen-Batterien: Chancen und Herausforderungen für den Maschinen- und Anlagenbau (PDF) / Autohaus – Interview: Herausforderungen beim Batterie-Recycling
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