Am Lebensende von Lithiumbatterien: Wird unser Recyclingverhalten besser?

Transparenz

Neben der menschlichen Tragödie des Brückeneinsturzes in Baltimore gibt es auch ein Umweltproblem.

Das Frachtschiff, das gegen einen der Pfeiler der Francis Scott Key Bridge prallte, hatte 764 Tonnen gefährliche Stoffe geladen, darunter ätzende Flüssigkeiten und Lithium-Ionen-Batterien.

Wie die Washington Post berichtet, versuchen die Ermittler, die kurz- und langfristigen Auswirkungen des Unglücks auf die lokalen Wasserwege zu ermitteln.

Der Einsturz der Brücke in Baltimore wird derzeit noch untersucht. Der Vorfall erinnert uns jedoch an die Risiken, die Lithium-Ionen-Batterien in einer Gesellschaft, in der sie oft als Wegwerfartikel behandelt werden, für unsere Umwelt darstellen.

Es gibt widersprüchliche Angaben darüber, wie viel Prozent der Batterien am Ende ihrer Lebensdauer recycelt werden.

Manchmal wird die drastische Zahl von 5 % genannt, obwohl es sich dabei um einen älteren Wert zu handeln scheint, der seit mehr als einem Jahrzehnt kursiert und weder die zunehmende Wachsamkeit beim Recycling noch die neue Branchenentwicklung im Hinblick auf die Verwertung von Altbatterien berücksichtigt.

Techopedia hat sich mit Experten auf dem Gebiet des Recyclings von Lithiumbatterien und des nachhaltigen Managements zusammengesetzt, um zu erfahren, welche Gefahren von Lithiumbatterien ausgehen und was zur Verbesserung der Recyclingprozesse für Lithiumbatterien unternommen wird.

Wichtigste Erkenntnisse

  • Weltweit gibt es ein massives Abfallproblem bei Lithium-Ionen-Batterien, denn nur ein kleiner Prozentsatz der Batterien wird recycelt.
  • Lithiumbatterien, die normalerweise auf Mülldeponien landen, stellen eine Gefahr für die Umwelt dar, da sie Boden, Luft und Wasserressourcen verunreinigen können.
  • Führende Unternehmen des Sektors erläutern im Gespräch mit Techopedia den dringenden Bedarf an nachhaltigem Recycling, neuen Technologien und Innovationen.
  • Der Aufbau von Kreislaufwirtschaften sowie die Bewältigung der komplexen Regulierungslandschaft haben für Führungskräfte oberste Priorität.

Der Stand des weltweiten Recyclings von Lithiumbatterien und seine Auswirkungen

Der Lithiumbatteriesektor ist mit mehreren Paradoxien konfrontiert. Zwar verspricht die Branche, saubere Ressourcen für die globale grüne Energiewende bereitzustellen, doch ist nicht zu übersehen, dass die Gewinnung von Lithium und die Herstellung von Batterien in hohem Maße zu Kohlenstoffemissionen und Stromverbrauch beitragen.

Das Institut für Energieforschung erklärt, dass die Entsorgung von Batterien eine Gefahr für die Umwelt darstellt.

„Wenn die Batterie auf einer Mülldeponie landet, können ihre Zellen Giftstoffe freisetzen, darunter Schwermetalle, die in den Boden und das Grundwasser gelangen können.“

Nach Angaben der CAS, einer Abteilung der American Chemical Society, werden jedes Jahr 8 Millionen Tonnen Lithium-Ionen-Abfälle auf Deponien entsorgt (Stand 2022).

Techopedia sprach mit Elliott Ethridge, Vice President of Global Sales von Ecobat, einem weltweit führenden Unternehmen für das Recycling von Lithiumbatterien. Es hat sich kürzlich mit VW zusammengetan, um Lithiumbatterien in seinen Anlagen zu recyceln.

„Lithium-Ionen-Batterien enthalten häufig Nickel, Kobalt und Mangan, die bei unsachgemäßem Umgang giftig sein können. Wenn sie deponiert werden, können diese Metalle auslaugen und schließlich die Wasserversorgung und die lokalen Ökosysteme beeinträchtigen.“

Wie Ethridge erklärte, kann die in diesen Batterien gespeicherte potenzielle Energie bei nicht ordnungsgemäßer Handhabung zu Bränden führen.

„Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass diese Batterien mit der nötigen Sorgfalt und Sachkenntnis zurückgewonnen und recycelt werden. Auf diese Weise wird die Umwelt so wenig wie möglich belastet und es besteht die Möglichkeit, diese knappen Metalle in Batterien wiederzuverwenden.“

Auch François-Michel Colomar, Leiter der Abteilung für Außenbeziehungen bei Adionics – einem Cleantech-Unternehmen, das sich auf die direkte Flüssig-Flüssig-Extraktion von Lithium und das Recycling von Batterien spezialisiert hat – äußerte sich dazu gegenüber Techopedia.

„Das Recycling von Lithiumbatterien wird es uns ermöglichen, das Toxizitätsrisiko zu begrenzen oder sogar zu eliminieren“, sagte Colomar.

„Recycling wird zudem die Tür zum ‚Urban Mining’ öffnen und damit den Ressourcenabbau verlangsamen, den CO2-Fußabdruck verringern und die Kosten für den Transport von beispielsweise Rohstoffen aus Bergbauländern senken.“

Defizite und Lücken, Chancen und Innovation

Laut dem Forschungsbericht von Research and Markets zum Thema Lithium-Ion Battery Market: Trends, Opportunities, and Competitive Analysis to 2030 befindet sich die Lithium-Ionen-Batterieindustrie in einem bedeutenden Aufschwung.

Es wird erwartet, dass die Branche bis 2030 einen Sprung auf geschätzte 340,4 $ Milliarden machen wird – ein Wachstum, das durch eine beeindruckende durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 17,6 % zwischen 2024 und 2030 ergänzt wird.

Angetrieben von neuen Technologien, Geräten, dem Internet der Dinge, Batteriespeicherprojekten und der Nachfrage nach Elektrofahrzeugen sind Lithium-Ionen-Batterien ein „zentraler Pfeiler in der modernen Energielandschaft“, so die Schlussfolgerung des Berichts.

Doch trotz des massiven Marktwachstums gibt es in der Branche noch große Lücken und Defizite in Bezug auf Nachhaltigkeit, verantwortungsvollen Abbau und Recycling.

Wir fragten Ethridge von Ecobat nach den wichtigsten Chancen und Herausforderungen im Zusammenhang mit dem Recycling von Lithiumbatterien.

„Variablen wie Chemie, Formfaktor und Gesundheitszustand tragen alle zu den technischen Herausforderungen bei, die mit dem Umgang, der Lagerung und dem Recycling einer Batterie verbunden sind.“

„Darüber hinaus wirken sich lokale, bundesstaatliche und regionale Vorschriften darauf aus, wie eine Batterie recycelt werden muss“, so Ethridge. „Schließlich werden die Marktkräfte die Rentabilität des Recyclings beeinflussen.“

„Recycler müssen sich mit den gesetzlichen Bestimmungen gut auskennen, chemie- und formfaktorunabhängige Recyclingprozesse haben und in der Lage sein, in angemessenem Tempo zu skalieren, um ein nachhaltiges, langfristiges Geschäftsmodell aufrechtzuerhalten.“

Technologien, die die Effizienz von Batterierecyclingprozessen erhöhen, können viele Vorteile mit sich bringen.

Colomar von Adionics erläuterte, dass sich das Unternehmen auf dem Markt für Batterierecycling positionieren möchte. Dabei soll seine bestehende Technologie zur Gewinnung von Lithium aus natürlicher Sole (geringerer CO2-Fußabdruck im Vergleich zu Hartgestein-Minen) eingesetzt werden, aber auch einen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft leisten.

Laut Colomar würde diese Technologie die Ressourcen des Lithium-Dreiecks entlasten, die Abhängigkeit von rohstoffarmen Ländern verringern, indem sie die Wiederverwendung von Lithium aus gebrauchten Batterien ermöglicht, und sich positiv auf die Umwelt auswirken.

„Die Herausforderung besteht darin, eine Technologie zu entwickeln, die die höchste Rückgewinnung von Lithium mit der besten Qualität ermöglicht, damit das Lithium direkt für die Herstellung neuer Batterien wiederverwendet werden kann.“

Colomar stimmte zu, dass die derzeitigen Gesetze und Vorschriften ebenfalls eine große Herausforderung darstellen.

„Die rechtlichen und politischen Rahmenbedingungen sind wichtig. Im Falle Europas beispielsweise werden Vorschriften, die das Recycling, die Rückverfolgbarkeit von Rohstoffen und einen begrenzten CO2-Fußabdruck vorschreiben, die Anstrengungen und Investitionen der Industrie fördern.“

Die fortschreitende Lithiumbatterie-Technologie

Obwohl Lithium-Ionen-Batterien eine weltweit etablierte Technologie sind, werden Design, Technologie und Komponenten von Batterien ständig weiterentwickelt und verbessert.

In den letzten Jahren haben Unternehmen und Wissenschaftler die Lithiumbatterie-Technologie auf ein neues Niveau gebracht und versuchen, Effizienz, Leistung, Nachhaltigkeit sowie Lebensdauer zu steigern.

Von schnell aufladbaren Lithium-Schwefel-Batterien mit hoher Energiedichte bis hin zu Batterien, die eine 100 %ige Rückgewinnung von Aluminium und eine 98 %ige Rückgewinnung von Lithium ermöglichen, oder den Festkörperbatterien der NASA, die Lithium ersetzen und die Energieproduktion verdoppeln oder sogar verdreifachen können, dauert es noch immer, bis der moderne Batteriesektor seine endgültige Form annimmt und neue Technologien entstehen.

Laut Ethridge bemühen sich die Firmen in der gesamten Wertschöpfungskette darum, die Sicherheit und Nachhaltigkeit dieser Batteriematerialien zu verbessern.

„Schifffahrtsunternehmen investieren in spezielle Transportcontainer, die mit Feuerlöschtechnik ausgestattet sind. Zell- und Packdesigner erforschen neue Designarchitekturen, mit denen einzelne Module diagnostiziert und ausgetauscht werden können.“

„Die Methoden der Metallrückgewinnung werden sowohl auf der Ebene der schwarzen Masse als auch auf der Ebene der Hydrometrie optimiert. Und es werden ständig neue, nachhaltigere Batteriechemien erforscht.“

Die Technologie, die Top-Unternehmen für Batterierecycling entwickeln

Steve Cotton, CEO von Aqua Metals – dem börsennotierten Unternehmen (Nasdaq: AQMS), das sich auf das Recycling von Metallen in geschlossenen Kreisläufen zur Herstellung der reinsten Metalle der Welt spezialisiert hat – sprach mit Techopedia über seine Vision für das Batterierecycling.

„Die Umweltbedrohung durch Lithium-Ionen-Batterien am Ende ihres Lebenszyklus ist beträchtlich, aber sie kann bewältigt werden. Die erwarteten 6,5 Millionen Tonnen Batterien, die zwischen 2025 und 2030 zum Recycling verfügbar sein werden, unterstreichen die dringende Notwendigkeit nachhaltiger Recyclingverfahren“, sagte Cotton.

„Die Deponierung ist aufgrund der Brandgefahr und des Verlusts wertvoller Materialien, die wiedergewonnen und in die Lieferkette zurückgeführt werden könnten, keine brauchbare Option, um den Bedarf an neuen Rohstoffen zu verringern.“

Laut Cotton konzentriert sich Aqua Metals nun auf die Entwicklung und den Einsatz von Recyclingtechnologien, die nicht nur die Umweltrisiken mindern, sondern auch eine Kreislaufwirtschaft für wichtige Batteriematerialien unterstützen.

„Das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien birgt erhebliche Chancen und Herausforderungen. Nach Angaben des US-Energieministeriums könnte das Recycling bis 2030 ein Drittel des nationalen Bedarfs an Kathodenmaterial decken und damit eine schnellere und nachhaltigere Alternative zu neuen Bergbauaktivitäten bieten und möglicherweise in die Fertigungsprozesse von Batterien integriert werden.“

Die vorherrschenden Recyclingmethoden, einschließlich der Pyrometallurgie und der Hydrometallurgie, seien jedoch aufgrund der Abfallproduktion und der Verschmutzung umwelt- und sicherheitsrelevant, so Cotton.

„Bei der Hydrometallurgie können beispielsweise zwischen 1,65 und 2,4 Tonnen Natriumsulfat-Abfälle pro Tonne recycelter Batteriemasse anfallen, was den Bedarf an saubereren Recyclingtechnologien unterstreicht“, so Cotton.

Cotton erläuterte, dass ihre Technologie einen anderen Ansatz verfolgt: Es handelt sich um ein elektrisch betriebenes, wasserbasiertes Verfahren, mit dem die Verunreinigung während des Recyclings minimiert und die mit herkömmlichen Recyclingmethoden verbundenen Risiken verringert werden können.

„Innovative Projekte, die sich mit Lösungen für das Ende des Lebenszyklus von Lithiumbatterien befassen, sind auf dem Vormarsch. Zur Verbesserung der Effizienz und Nachhaltigkeit des Recyclings von Lithiumbatterien sind erhebliche Fortschritte erforderlich, um die derzeitigen Abfall- und Emissionsprobleme zu lösen.“

Erfüllung der Nachfrage auf dem Recyclingmarkt

Ecobat nutzt die Möglichkeiten, die das Batterierecycling bietet, und arbeitet an der Eröffnung neuer Anlagen in Hettstedt, Deutschland, Casa Grande, Arizona, und einer dritten Anlage, die für Darlaston, Großbritannien, geplant ist. Laut Ethridge wächst die Nachfrage nach Lithiumbatterie-Materialien weiter.

„Der Markt wird eine konsequente Weiterentwicklung der Fähigkeiten zur Herstellung, zum Transport, zur Optimierung und schließlich zum Recycling dieser Batterien in einem Kreislaufsystem verlangen. Die Zusammenarbeit an jedem Punkt der Wertschöpfungskette wird entscheidend sein.“

Diese Evolution und die Entwicklung einer zirkulären Wertschöpfungskette erfordere zudem eine kontinuierliche Aufklärung über gefährliche Materialien, da Gesetzgeber und Regierungen nach gerechten und ausgewogenen Wegen zur Regulierung des Marktes für einen nachhaltigen Erfolg suchten, so Ethridge.

Colomar von Adionic erklärte gegenüber Techopedia, dass das Unternehmen derzeit an einer Anpassung seiner Technologie arbeitet, mit der Lithium vor allen anderen in der Batterie enthaltenen Metallen recycelt werden kann.

„Dies wird es uns ermöglichen, die Menge des zurückgewonnenen Lithiums zu erhöhen (heute kann ein Teil des Lithiums während des Prozesses der Rückgewinnung jedes Metalls, Nickel, Kobalt usw. verloren gehen).“

Colomar wies darauf hin, dass diese Innovation den Reinheitsgrad des recycelten Lithiums steigert, den Bedarf an Nachbearbeitung (Raffination) verringert und dazu beiträgt, Produkte in Batteriequalität zu erhalten, die wieder für die Batterieproduktion verwendet werden können.

„Heutzutage erreicht das recycelte Lithium nicht direkt die Reinheit, die für die Gigafactories zur Herstellung von Lithiumbatterien benötigt wird. Daher wird das Lithium entweder für andere Anwendungen eingesetzt oder muss in einem zusätzlichen Schritt gereinigt werden (mehr Energie, höherer CO2-Fußabdruck).“

Fazit

Der Boom der Lithium-Ionen-Batterien bringt sowohl Chancen als auch Herausforderungen mit sich.

Während Batterien für saubere Energielösungen und die weltweite Umstellung auf grüne Energie von entscheidender Bedeutung sind, haben ihre Herstellung und das Ende ihrer Lebensdauer ernsthafte Auswirkungen auf die Umwelt.

Millionen von Tonnen landen auf Mülldeponien, aus denen potenziell Schadstoffe austreten. Doch die Unternehmen in diesem Sektor machen weiterhin Fortschritte und erforschen neue Technologien, die eine Kreislaufwirtschaft vorantreiben und unterstützen können.

Darüber hinaus erläutern Experten die Vorteile staatlicher Anreize und die Komplexität der Vorschriften.

Von Elektrofahrzeugen bis hin zu Computern und intelligenten Geräten – die Zukunft der Technologie, die auf Lithiumbatterien angewiesen ist, muss sich den mit den Batterien verbundenen Recycling- und Umweltproblemen stellen, wenn ein nachhaltiges Konzept verwirklicht werden soll.

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Ray Fernandez
Senior Tech Journalist
Ray Fernandez
Senior Tech Journalist

Ray ist ein Journalist mit über 15 Jahren Erfahrung, der derzeit als Tech-Reporter für Techopedia und TechRepublic arbeitet. Seine Arbeiten wurden u. a. von Microsoft, Moonlock, Venture Beat, Forbes, Solutions Review, The Sunday Mail, The FinTech Times, Bloomberg, Horasis und der Nature Conservancy veröffentlicht.