Kobalt, Nickel, Lithium, Kupfer und Aluminium – Lithium-Ionen-Batterien sind voll seltener und kritischer Materialien. Ihr effizientes Recycling ist daher gleichermaßen notwendig wie aufwendig. Zwei prämierte Projekte der Montanuni Leoben verfolgen neue Ansätze.

Leistungsstark, kosteneffizient und bestenfalls vollständig recycelbar, so sollten die Energiespeicher sein, die wir brauchen, um Strom aus alternativen Energiequellen zu speichern. Ihr Recycling ist noch immer eine Herausforderung. Daher wurde bisher nur ein geringer Teil der verbauten Materialien zurückgewonnen. Das soll sich in naher Zukunft ändern – denn es gibt neue Vorgaben und neue Verfahren.

Lithium und Carbon im Fokus
Eva Gerold und Reinhard Lerchbammer vom Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie an der Montanuni Leoben wollen im Forschungsprojekt „LiCare“ den Laugungsschritt beim Recycling von Lithium-Ionen-Batterien optimieren. „Derzeit konzentrieren sich Recyclingprozesse auf die Rückgewinnung von Kobalt und Nickel, also auf jene Elemente, die eine hohe Rendite versprechen“, erläutert Gerold. „Mit unserem Verfahren haben wir – wie der Name vermuten lässt – den Fokus auf die Rückgewinnung von Lithium und Kohlenstoff (Carbon) gesetzt.“ Diesen Stoffen wurde bei Recyclingverfahren bislang kaum Bedeutung beigemessen. „Die Gründe dafür liegen einerseits in der Schwierigkeit der Rückgewinnung, aber auch darin, dass diese Stoffe in ausreichender Menge zu verhältnismäßig günstigen Preisen am Markt verfügbar sind“, so Gerold.

Das Grazer Start-up econutri von Verena und Helmut Schwab beschäftigt sich damit, aus CO₂ mit Hilfe von Bakterien Proteine zu gewinnen.

Wie man Lithium-Ionen-Batterien effizient recyclen kann, daran wird an der Montanuni Leoben geforscht.

Neue Batterieverordnung
Durch die heuer in Kraft getretene EU-Batteriedirektive, die vorschreibt, dass Lithium ab dem Jahr 2031 zu 80 % rückgewonnen werden muss, ändern sich jedoch die Voraussetzungen. Diesbezüglich wird auch am Lehrstuhl für Thermoprozesstechnik (TPT) der Montanuni an der Wertmetallrückgewinnung aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien geforscht: Im Rahmen des Projekts „LIBficiency“ wurde ein pyrometallurgischer Prozess weiterentwickelt, in dem simultan neben einer Legierung aus Wertmetallen, wie Kobalt und Nickel, auch Lithium und Phosphor über die Gasphase rückgewonnen werden können. „Dies stellt damit im Bereich der Pyrometallurgie ein Alleinstellungsmerkmal dar und ermöglicht die vollständige Wertmetallnutzung im Sinne einer Kreislaufwirtschaft“, betont Alexandra Holzer, Projektleiterin am TPT. Gemeinsam mit Aida Hartleb vom Institut für Elektrotechnik an der FH Joanneum wurde zusätzlich eine neuartige Leistungselektronik entwickelt, welche über die Effizienzsteigerung der entwickelten Anlage hinaus auch in anderen Industriezweigen neue Maßstäbe setzt.

Und auch das LiCare-Verfahren verfügt über eine Besonderheit, die es so noch bei keinem anderen Verfahren gibt: „Bei unserer Methode handelt es sich um ein hydrometallurgisches Verfahren“, erläutert Gerold „das ermöglicht auch die Rückgewinnung von Kohlenstoff, der bei rein pyrometallurgischen Verfahren verbrannt wird.“

Wichtiger Schritt
Beide Verfahren befinden sich bereits in einer sehr fortgeschrittenen Entwicklungsphase. Gute Nachrichten also im Hinblick auf die im Sommer in Kraft getretene neue EU-Batterieverordnung, die das Thema Recycling auch auf regulatorischer Ebene noch weiter in den Fokus rückt. „In künftig auf den Markt gebrachten industriellen Batterien sind Anteile an recycelten Metallen und nun auch erstmals Rückgewinnungsraten auf Materialebene vorgeschrieben“, betont Holzer. Ein wichtiger Schritt, denn „hier darf nicht nur die Wirtschaftlichkeit von Bedeutung sein, auch Themen wie Rohstoffabhängigkeiten etc. sind zu bedenken“, ergänzt Gerold.