Forschung für Batterierecycling

Rasenmäher, Elektroautos, E-Bikes oder Photovoltaikspeicher – viele technische Geräte und Verkehrsmittel werden heutzutage mit einem Akku ausgestattet. „Das sind riesige Mengen an Batterien und letztlich Ressourcen, die in absehbarer Zeit ins Recycling gehen. Dafür gibt es allerdings bisher noch nicht ausreichend Verwertungskapazitäten“, erklärt Bauingenieurin Merle Zorn. Am Fachbereich Bauingenieurwesen der FH Münster forscht sie dazu, wie sich Batterien effizienter recyceln lassen. Zorns Forschung ist eingebettet in das Verbundprojekt DemoSens – Digitalisierung einer automatisierten Demontage und sensorgestützten mechanischen Aufbereitung von Lithium-Ionen-Batterien für ein hochwertiges Recycling. Projektpartner sind Institute der RWTH Aachen University. Die Projektleitung liegt bei Sabine Flamme vom Institut für Infrastruktur – Wasser – Ressourcen – Umwelt der FH Münster.

Bereits ihre Masterarbeit schrieb Zorn im Forschungsprojekt zur Demontage von Batteriepacks aus der E-Mobilität. „Derzeit werden die Akkus noch manuell demontiert. Mit den zu erwartenden großen Mengen an sogenannten End-of-Life Batterien, die in Zukunft anfallen, wird das so nicht mehr leistbar sein“, so die wissenschaftliche Mitarbeiterin. Daher hat sie im Projekt ein Labelingsystem auf Grundlage eines QR-Codes entwickelt, welches unter anderem Informationen für eine automatisierte Demontage enthält. Ein weiterer Knackpunkt beim Recycling: Lithium-Ionen-Batterien enthalten unterschiedliche Kathodenmaterialien – ein wesentlicher Bestandteil für die Funktion einer Batterie – etwa Nickel-Mangan-Cobalt (NMC) oder Lithium-Eisen-Phosphat (LFP). „Diese Unterkategorie zu kennen ist entscheidend, denn für eine hohe Effizienz ist das Recyclingverfahren präzise auf das jeweilige Kathodenmaterial abzustimmen.“ Angaben darüber sind jedoch bisher nicht auf den Akkus vermerkt. „Wir haben daher in dem Labelingkonzept Informationen zu allen verbauten Rohstoffen integriert.“ Eine Verordnung, die die Hersteller zu einer solchen Art von Informationslabel verpflichtet, ist derzeit in der EU-Kommission in Arbeit. Zorns Konzept gibt Anregungen für eine Erweiterung dieses Labels mit Informationen für eine automatisierte Demontage.

Derzeit forscht die FH-Alumna daran, den Output aus Recyclinganlagen von Lithium-Ionen-Batterien und damit die Qualität der wiedergewonnenen Materialien zu verbessern. „Wir an der FH Münster konzentrieren uns auf eine frühzeitige sortenreine Rückgewinnung von Kupfer und Aluminium, denn darauf liegt in der laufenden Forschung im Batterierecycling ansonsten wenig Augenmerk.“ Die beiden Metalle finden sich an verschiedenen Stellen in der Elektrofahrzeugbatterie. So ist beispielsweise das Kathodenmaterial auf Aluminium-, das Anodenmaterial auf Kupferfolie aufgetragen. Das Gehäuse der Akkus und Zellen ist häufig aus Aluminium hergestellt. Stromleitschienen aus Kupfer verbinden die Zellen und leiten den Strom von der Batterie zum Automotor. Im Rezyklat liegen Kupfer und Aluminium bisher meist als Mischung vor. Damit geht Aluminium in der Regel im Recyclingverfahren verloren.