Technologie

Haben Elektroautos ein Recycling-Problem?

15.08.2019 - Innovative Verfahren optimieren das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien.

Knirschend frisst sich die gezackte Metallwalze in die Batterie­module, zermalmt die Kunststoff­rahmen, schlitzt die silbernen Folien der Lithium-Polymer-Packs auf, zerfetzt alles zu kleinen Stücken. Am Ende bleibt ein feines Pulver. Wirft man es nacheinander in mehrere Säurebäder, dann entstehen Salze und Oxide, aus denen neue Antriebs­batterien gebaut werden können. Das Schreddern von Lithium-Ionen-Batterien hat man bis vor Kurzem noch nicht sehen können. Denn diese Akkus sind normalerweise brennbar. Ein kleines bisschen elektrische Spannung, ein Funke genügt, und das ganze Material geht in Flammen auf. Die deutsche Firma Duesenfeld entlädt die Akkus daher vollständig und flutet den luftdicht abgeschirmten Schredder mit Stickstoff. Die brennbare Elektrolyt­flüssigkeit wird verdampft und abgepumpt, bevor das Pulver entnommen wird. Auf diese Weise sind 96 Prozent aller Materialien wieder­verwertbar.

Etwa 40.000 Elektroautos und Plug- in-Hybride mit Lithium-Ionen-Akkus fahren derzeit allein auf Schweizer Straßen – knapp ein Prozent der gesamten Fahrzeugflotte. Doch es werden rasch mehr. In den ersten drei Monaten des Jahres 2019 stieg der Anteil an den Neuzu­lassungen bereits auf 5,3 Prozent. Und das ist nur der Anfang: Eine ganze Reihe leistungs­fähiger Elektroautos kommt erst dieses Jahr auf den Markt: Audi e-tron, Mercedes EQC, Peugeot e-208. Sie treffen auf das Tesla Model 3, das die Zulassungs­statistiken seit März anführt. 2020 wird der VW-Konzern sein erstes elek­trisches Massen-Automobil anbieten, den VW iD.3. Höchste Zeit also, sich Gedanken zu machen, was mit den Antriebs­batterien passiert, wenn diese Autos verunfallen oder am Ende ihres Lebens verschrottet werden.

Schon 2018 wandten sich die Schweizer Auto-Importeure an die Empa, um die Eckpunkte eines Recyclingsystems für Antriebs­batterien zu bestimmen. Schon zuvor hatte das Forschungsz­entrum zum Beispiel die Swico beraten, die sich ums Recyclen elek­tronischer Geräte und von Computertechnik kümmert. Doch anders als bei Elektronik­produkten wird für Autos bislang kein vorgezogener Recyclingbeitrag erhoben. So wird in der Schweiz eine Branchenlösung angestrebt. Der Empa-Forscher Rolf Widmer und seine Kollegen arbeiten seit März 2019 gemeinsam mit der Stiftung Auto-Recycling an diesem Projekt. Sie analysieren Recycling­systeme in Nachbar­ländern, untersuchen die Kosten und den ökologischen Fußabdruck und stellen Modell­rechnungen an, um die künftig anfallenden Mengen alter Akkus abschätzen und die passende Strategie empfehlen zu können.

Die meisten Lithium-Ionen-Batterien werden bislang nicht kalt geschreddert, wie bei der eingangs erwähnten Methode der Firma Duesenfeld, sondern in einem Ofen verbrannt und anschließend vermahlen. Markt­führer dabei ist die belgische Firma Umicore. Bei der heißen Verwertung schmelzen die dünnen Kupfer­folien der Batterie und bilden gemeinsam mit Kobalt und Nickel eine Legierung, die wiederverwertet werden kann. Das Lithium, das Graphit, der flüssige Elektrolyt und das Aluminium in der Batterie verbrennen jedoch und landen in der Schlacke. Sie sind für eine wirt­schaftliche Weiter­verwendung verloren.

Neben der heißen Umicore-Verwertung und dem kalten Schreddern unter Schutzgas gibt es indes noch andere auto­matisierte Zerlege­methoden. Die Batrec Industrie AG, ein Schweizer Batterie­verwertungs­spezialist, schreddert manche Akkus in nassem Milieu, um Brände zu vermeiden. Die Empa-Experten werden all diese Methoden vergleichen.

Bei der Suche nach dem besten Recycling­system geht es jedoch nicht nur um die Zerkleinerung allein, sondern auch um den Aufbau einer Liefer­kette. „Antriebs­batterien von Unfall­fahrzeugen können unvermittelt brennen und müssen bis jetzt als Gefahrgut in speziellen Behältern transportiert werden“, erläutert Daniel Christen, Geschäfts­führer der Stiftung Auto-Recycling Schweiz. „Das ist aufwändig und teuer.“ Christen sucht nach einer günstigeren Lösung, um Batterien zu „entschärfen“ und zum Entsorgungs­betrieb zu liefern. Ansätze dazu gibt es bereits: Die Firma Blubox Trading AG in Birrwil etwa importiert die „Firebox“ eines holländischen Herstellers. Die Firebox ist ein Frachtcontainer mit eingebauter Feuer­löschanlage, die ein ganzes Auto oder eine größere Ladung noch nicht „entschärfter“ Akkus aufnehmen kann.

Und nicht zuletzt die Spediteure und die Auto­verwerter müssen geschult werden, damit alte Elektroautos nicht gefährlich werden. Schon heute existiert eine Datenbank für Rettungs­kräfte, die genau diese Informationen bereithält: Auf einem Tablet gibt der Feuer­wehrmann die Nummer des Kontroll­schilds ein und erfährt, ob er ein Elektroauto vor sich hat und auf welche Weise er die Batterie vom Stromnetz des Wagens trennen muss. Mit den gleichen Infor­mationen liessen sich Elektroautos auch auf gefahrlose Art zerlegen. 

Dennoch bleiben viele offene Fragen, die vor dem Aufbau eines Recycling­­systems beantwortet werden müssen. Wie entwickelt sich der Markt für gebrauchte Antriebs­batterien? Wird es sich dereinst lohnen, ausgepowerte Akku-Pakete mit neuen Modulen zu versehen und wieder in den Verkauf zu bringen – ähnlich wie Austausch­motoren oder -getriebe? Oder können aus Antriebs­batterien in einem zweiten Leben stationäre Solarstrom­speicher werden? Kommt die große Welle an verbrauchten Akkus daher vielleicht mit Verzögerung auf die Recycling­­betriebe zu? Werden die Autohersteller die meisten Antriebs­batterien einsammeln und selber verwerten? Vieles wird von den Marktpreisen der Rohstoffe abhängen, vom Preis für Lithium, Kobalt, Nickel und Graphit, vom Preis und der Leistung neuer Akkus, aber auch von der Politik, die die Rahmen­bedingungen setzt und Vorschriften erlässt.

Insgesamt stllen Elektroautos kein Recyclingproblem dar. Für sämtliche Schritte des Verwertungs­prozesses zeichnen sich technische Lösungen ab. Und eine Reihe von Spezialisten arbeitet bereits daran, diese Lösungen in die Praxis umzusetzen.

Empa / JOL

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