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Warum es so viel kostet, Batterien für Elektrofahrzeuge zu recyceln

Die Lithium-Ionen-Batterie war einer der wirkungsvollsten technologischen Fortschritte in der heutigen Gesellschaft. So sehr, dass seine Schöpfer (Goodenough, Whittingham und Yoshino) den Nobelpreis für Chemie 2019 erhielten, um die Bedeutung dieser Batterien zu würdigen, die seit 1991 auf dem Markt sind.

In den letzten drei Jahrzehnten haben Lithium-Ionen-Batterien den Rest der wiederaufladbaren Batterien in praktisch allen tragbaren elektronischen Geräten verdrängt: Mobiltelefone, Computer, Haushaltsgeräte und Werkzeuge. Darüber hinaus treiben diese Batterien die derzeitige Revolution im Transportsektor voran, da sie Schlüsselkomponenten in Elektro- und Hybridfahrzeugen wie Motorrädern, Fahrrädern und Rollern sind.

Eine wachsende Produktion für den Transport

Die Lithium-Ionen-Batterieindustrie wächst jedes Jahr. Nach Angaben der Europäischen Union werden die von der Mobilitätsbranche in Verkehr gebrachten Batterien im Jahr 2021 etwa 20-mal so hoch sein wie die im Jahr 2010 produzierten.

Die Umstellung auf Elektrofahrzeuge wird die Produktion dieser Batterien weiter steigern, da Schätzungen zufolge bis 2030 55% der Neufahrzeuge elektrisch sein werden.

Die europäischen Regierungen haben große gesetzgeberische Anstrengungen unternommen, um Veränderungen zu fördern. Ein Beispiel ist der jüngste MOVES-Plan zur Erholung des Automobilsektors nach der COVID-19-Krise.

Der Aufstieg dieser Technologie ist mit der dringenden Notwendigkeit verbunden, Wiederverwendungs- und Recyclingverfahren zu entwickeln, die die zunehmende Anhäufung von technologischem Abfall vermeiden. Wir müssen die Batterien in das Recycling dieser Batterien einsetzen, wenn wir das Ziel einer effizienten und nachhaltigen Mobilität wirklich erreichen wollen.

Batterien eines Elektrobusses
Der Transportsektor fordert zunehmend Lithium-Ionen-Batterien.
Spielvogel / Wikimedia Commons

Die Bedeutung des Batterierecyclings

Das Recycling von Batterien hat zwei Ziele:

  • Reduzieren Sie die negativen Auswirkungen von Abfällen auf die Umwelt.

  • Verwenden Sie die Materialien, aus denen Batterien bestehen, wieder, um sowohl eine nachhaltige Produktion als auch die Kreislaufwirtschaft zu fördern.

Einige der wesentlichen Bestandteile von Lithium-Ionen-Batterien wie Kobalt, Phosphor oder natürlicher Graphit werden aus wirtschaftlicher Sicht oder aus Gründen der Verfügbarkeit als von großem Wert angesehen. Daher sind diese Stoffe in der Liste der kritischen Rohstoffe der Europäischen Union enthalten.

Angesichts der wachsenden Nachfrage nach Batterien sind Komponenten wie Nickel, Mangan oder Lithium selbst starke Kandidaten, um in den kommenden Jahren auf dieser Liste zu stehen.

Es versteht sich von selbst, dass die Förderung des Recyclings dieser Materialien auch dazu beitragen kann, die mit der illegalen Bergbauindustrie verbundenen sozialen und klimatischen Ungerechtigkeiten wie die einiger Kobaltminen im Kongo zu verringern.

Lithium-Ionen-Batterietypen

Batterien können nach verschiedenen Aspekten klassifiziert werden. In Bezug auf die Geometrie finden Sie Zellstapel im zylindrischen Format, im Stil der klassischen AA-Batterien oder im prismatischen Format, wie sie beispielsweise in Mobiltelefonen zu finden sind.

Wenn wir jedoch über den Batterietyp sprechen, beziehen wir uns normalerweise auf Typen, die auf ihrer chemischen Zusammensetzung basieren. Obwohl Lithium-Ionen-Batterien und Schwestertechnologien seit fast 30 Jahren auf dem Markt sind, sind sie in vollem Gange, und jedes Jahr erscheinen neue Batterien mit verbesserten Eigenschaften. Zum Beispiel mit mehr Kapazität, schnellerem Laden oder Stabilität über einen größeren Temperaturbereich.

Die Tatsache, dass Batterien in so vielen verschiedenen Formaten und Chemikalien existieren, ist einer der Hauptstolpersteine ​​bei der Entwicklung von Recyclingtechnologien.

Batterierecycling: Gegenwart und Zukunft

Glücklicherweise beschäftigen sich immer mehr Unternehmen mit dem industriellen Recycling dieser Batterien. Heute sind die hydrometallurgischen und pyrometallurgischen Verfahren am weitesten verbreitet. Die meisten konzentrieren sich auf die Gewinnung von Kobalt und Nickel, da sie die Elemente mit der höchsten Wirtschaftsleistung sind.

In unserer Forschungsgruppe für Chemie- und Umwelttechnik arbeiten wir an der Entwicklung einer innovativen Technik, die auf der Kombination von hydrometallurgischer Extraktion mit elektrochemischen Methoden und Ionenaustauschermembranen basiert.

In Elektrodialysezellen wird die Extraktion von wertvollen Komponenten aus Batterieabfällen sowie die selektive Trennung dieser Komponenten für ihre spätere Wiederverwendung angestrebt.

Die Beschreibung der Technik und die ersten experimentellen Ergebnisse sind in unserer Studie veröffentlicht in Angewandte Wissenschaft.

Schema einer elektrodialytischen Zelle.
Autor zur Verfügung gestellt

Obwohl es zahlreiche Untersuchungen gibt, die auf die Entwicklung effizienterer Recyclingtechniken abzielen, haben wir noch einen langen Weg vor uns, um eine echte Kreislaufwirtschaft im Batteriesektor zu erreichen.

Die Entwicklung von Vorschriften, die die Besonderheiten von Lithium-Ionen-Batterien berücksichtigen, die Unterstützung der Forschung in diesem Bereich und natürlich die Zusammenarbeit der Bürger bei der Ablagerung ihrer technologischen Abfälle an einem sauberen Punkt sind Schlüsselaspekte für das Recycling effektive Akkulaufzeit. Dies wird zur nachhaltigen Entwicklung von tragbaren Elektronik- und Elektrofahrzeugen beitragen.

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