Recycling und Entsorgung von Lithium-Batterien

Recycling von Lithium-Batterien

Umweltschutz hat bei uns im Unternehmen seit jeher Priorität. Wir bei Flash Battery sind davon überzeugt, dass der Verzicht auf fossile Brennstoffe für eine wirklich nachhaltige Umstellung auf elektrische Energie nicht ausreicht. Umweltschutz muss auch die Produktionsprozesse, das Thema Recycling und die Entsorgung der Lithium-Batterien mit einschließen.

Wussten Sie, dass über 96 % der Materialien einer Batterie recycelt werden können? Aktuell stehen noch nicht viele Batterien am Ende ihrer Nutzungsdauer, da sie erst kürzlich am Markt eingeführt wurden und sehr lange, oft 15 bis 20 Jahre, halten. Erhebliche Investitionen in die großflächige Errichtung von Recyclingzentren waren daher bislang nicht gerechtfertigt. Verschiedene in Betrieb befindliche Pilotanlagen bestätigen jedoch bereits die hohe Recyclingfähigkeit der Rohstoffe. In den nächsten 5 bis 10 Jahren werden wir die Eröffnung einer wachsenden Anzahl von Groß-Recyclinganlagen in Europa unterstützen.

Das Batterie-Recycling stellt darüber hinaus eine wahre Goldgrube für Europa dar, da wertvolle Materialien wiedergewonnen und die Abhängigkeit von Importen verringert werden kann. Dies ist im Rahmen der europäischen Strategie für den Übergang zur Kreislaufwirtschaft von zentraler Bedeutung, die darauf abzielt, Abfälle aus Lithium-Altbatterien in Ressourcen umzuwandeln, die Umweltauswirkungen des Rohstoffabbaus zu verringern und eine nachhaltige Materialwirtschaft zu fördern.

Die Rolle der Hersteller ist somit entscheidend: Ausgewählte Rohstoffe und eine durchdachte Konstruktion sind erforderlich, um künftige Recyclingverfahren einfach und effizient zu gestalten. Der Produktionsprozess von Flash Battery ist absolut schadstofffrei, wobei 80 % der Energie aus eigener Erzeugung stammen. Das Design der Batterien ist wiederum so konzipiert, dass Ausbau und Materialrückgewinnung am Ende der Lebensdauer einfach vonstattengehen.

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Europäische Normen für das Recycling von Lithium-BatterienWith the exponential increase of

Mit dem exponentiellen Anstieg von Elektrofahrzeugen hat sich die Europäische Union ein neues strategisches Ziel gesetzt, nämlich die Stärkung der Kreislaufwirtschaft und nachhaltigere Gestaltung von Produkten und Prozessen in der Batteriebranche. Am 17. August 2023 trat die Verordnung (EU) 2023/1542 über Batterien und Altbatterien in Kraft: Diese legt die Anforderungen an die Nachhaltigkeit, Sicherheit, Kennzeichnung und Information fest, die das Inverkehrbringen und die Inbetriebnahme von Batterien in der Europäischen Union ermöglichen. Darüber hinaus enthält sie die Mindestvorschriften für die erweiterte Herstellerverantwortung, die Sammlung und Behandlung von Altbatterien und die Berichterstattung.

BMS und europäischer Batteriepass

Die allgemeinen Bestimmungen zur Regelung der ordnungsgemäßen Wiederverwertung und Entsorgung von Batterien sind zahlreich: Sie reichen von der Einführung eines echten europäischen Batteriepasses mit entsprechendem QR-Code, der eine einfache Rückverfolgbarkeit der Batterie sicherstellt, bis hin zur Verpflichtung, Informationen zum Zustand und zur erwarteten Lebensdauer der Batterie über das Battery Management System (BMS) bereitzustellen.

CO2-Fußabdruck der Batterien

Die EU-Batterieverordnung enthält darüber hinaus die Verpflichtung, den CO₂-Fußabdruck über den kompletten Lebenszyklus der Batterien zu berechnen und in einer entsprechenden Erklärung anzugeben. Des Weiteren ist künftig die Einführung einer Höchstgrenze geplant, die für jedes Produkt einzuhalten ist.

Recycling und Wiederverwertung von Altbatterien

Um die Kreislaufwirtschaft zu fördern, wurden konkrete Anforderungen für das Ende der Lebensdauer, einschließlich der Ziele und Verpflichtungen für die Materialrückgewinnung von Altbatterien, definiert. Diese reichen von der Anbringung einer speziellen Kennzeichnung, die über die Pflicht zur getrennten Sammlung informiert, bis hin zur genauen Rückverfolgbarkeit von Art und Menge der Rohstoffe, die während des gesamten Produktionszyklus der Batterie über die komplette Lieferkette hinweg zum Einsatz kommen.

Das Ziel besteht letztlich darin, dass jede neu produzierte Batterie einen bestimmten Rezyklatgehalt enthält.

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Recycling: Verantwortung des Industriesektors bei der Entsorgung

Mit Inkrafttreten der EU-Batterieverordnung wurden Recycling und Materialrückgewinnung in der gesamten Batterie-Wertschöpfungskette zur verpflichtenden Vorgabe.

Ob Erzeuger, Hersteller oder Importeur: Je nach Art des Vertriebs haftet jeder Akteur für das Recycling der auf europäischem Gebiet in Verkehr gebrachten Batterien und hat die Richtlinien und Vorschriften der Verordnung strikt einzuhalten.

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Struktur und Zusammensetzung von Lithium-Batterien

Um die Funktionsweise und Verbesserungsmöglichkeiten der Recycling- und Wiederverwertungsprozesse von Lithium-Batterien am Ende ihrer Lebensdauer zu verstehen, ist es wichtig, den Aufbau einer ganz bestimmten Komponente zu kennen, nämlich der Zelle.

Jede Lithium-Zelle besteht aus:

zwei Elektroden:

einer Kathode (Pluspol) aus Aluminiumfolie, auf der das Kathodenmaterial, das die Zelle charakterisiert, aufgetragen wird, z. B. NMC, LFP, LTO usw.
einer Anode (Minuspol) aus Kupferfolie, auf der ein Anodenmaterial, das normalerweise aus Carbon oder Graphit besteht, aufgetragen wird

einem Separator, der zwischen den beiden Elektroden verbaut wird und allgemein aus keramischen Materialien oder Polymeren mit isolierenden Eigenschaften besteht.

einem Elektrolyt, d. h. einer organischen Flüssigkeit aus Lithium-Salz, die das verbleibende Volumen der Zelle füllt und den Ionenfluss zwischen Anode und Kathode ermöglicht.

Trotz ihrer sehr langen Lebensdauer altern auch Lithium-Zellen mit der Zeit. Angesichts der Vielzahl an wertvollen Materialien im Inneren der Zellen zeugt das korrekte Recycling ihrer Bestandteile nicht nur von ethischem Verhalten, sondern ist auch eine echte Ressourcenquelle.

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Technologien für das Recycling von Lithium-Batterien

Neben der Reduzierung der Umweltbelastung, die mit der gestiegenen Nachfrage nach Elektrofahrzeugen einhergeht, ermöglicht das korrekte Recycling von Lithium-Batterien auch die Wiedergewinnung zahlreicher wertvoller Bauteile und Metalle wie Kupfer, Aluminium, Lithium, Kobalt und Mangan, die Ressourcen generieren und die Knappheit an Bodenschätzen kompensieren.

Aktuell existieren verschiedene Recyclingverfahren, die abhängig von der eingesetzten Methode zur Extraktion und Trennung der Batteriematerialien physikalisch oder chemisch erfolgen und jeweils aus verschiedenen Phasen bestehen können. Das Ziel ist unabhängig von der gewählten Methode immer dasselbe: je hochwertiger das Ausgangsmaterial und präziser die chemische Zusammensetzung, desto effizienter der Recyclingprozess.

Darum haben die Produzenten die wichtige Aufgabe, das Ende der Batterielebensdauer bereits in der Entwicklung zu berücksichtigen, um die Produktionsschritte zu optimieren und Batterien zu bauen, die einfach zu zerlegen sind und immer umweltfreundlichere Materialien enthalten.

Second Life für Lithium-Batterien: Wirklich die beste Lösung?

Immer mehr Studien beschäftigen sich mit der Möglichkeit, Lithium-Batterien als Energiespeicher ein zweites Leben zu schenken, wenn sie in Elektrofahrzeugen bereits ausgedient haben. Eine Praxis, die zwar an sich interessant, aber vielleicht nicht die beste Wahl für die Zukunft ist.

In der Automobilbranche beispielsweise müssen Batterien, die etwa 20 % ihrer Betriebsdauer eingebüßt haben, ersetzt werden, da sie die Gesamtreichweite des Fahrzeugs reduzieren. Diese Batterien sind aber noch nicht am Ende ihrer Lebensdauer angelangt und können in Energiespeichersystemen weiter genutzt werden.

In den letzten Jahren haben die führenden Batteriezellenerzeuger der Welt eine Mindestgrenze für die verbliebene Batteriekapazität eingeführt, die normalerweise bei 70 % des SoH liegt und bis zu der die Zellen sicher genutzt werden können.

Angesichts dieser Bedingungen, der rasanten technologischen Weiterentwicklung der Batterien, der höheren Risiken, die mit der Verwendung von Batterien mit niedrigem State of Health einhergehen, sowie der hohen Recycling-Quote (>96 %), die erreicht werden kann, wird in Zukunft anstelle von Second-Life-Anwendungen der Wiederverwendung der Materialien aus recycelten Zellen der Vorzug gegeben werden, um neue Zellen mit höchster Leistung und Sicherheit zu erzeugen.

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