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Im Fokus: Recycling von E-Auto-Batterien noch entfernt von Serienreife

BMW Batteriefertigung USA
Je mehr Stromer auf den Straßen fahren, desto mehr Lithium-Ionen-Batterien werden benötigt.
© Foto: BMW

Die Zeit läuft: In etwa zehn Jahren ist der erste größere Schwung an Batteriemüll aus Elektroautos zu erwarten. Hersteller müssen überlegen, was sie damit machen. Die Option Recycling ist in großem Stil nicht ganz einfach.


Datum:
03.03.2023
Autor:
Valeria Nickel/dpa
Lesezeit:
5 min
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Während die E-Mobilität weiter Fahrt aufnimmt, sind unter den Sitzen der Elektroautos noch Fragen offen. Je mehr von den Stromern auf den Straßen fahren, desto mehr Lithium-Ionen-Batterien werden benötigt. Und damit mehr Rohstoffe - und Lösungen, was mit ausgedienten Akkus passiert. Eine Antwort auf beide Probleme: Batterie-Recycling. Das perfekte Verfahren in serientauglichem Ausmaß gibt es aus Sicht der Forschung jedoch noch nicht.

Auf etwa 100.000 Tonnen schätzt das Berliner Öko-Institut die Menge an Batterien, die jährlich in Elektroautos in Umlauf kommt. In zehn Jahren seien es eine Million Tonnen. Der Absatz von Elektrofahrzeugen stieg nach aktuellen Zahlen des Kraftfahrt-Bundesamtes im Februar 2023 deutlich an: Mit 32.475 wurden 14,7 Prozent mehr dieser Autos neu zugelassen als im Februar ein Jahr zuvor.

Verglichen damit klingen die Recyclingpläne der großen Autohersteller zunächst einmal klein: Volkswagen testet seit zwei Jahren Verfahren in Salzgitter und will dort jährliche Recycling-Kapazitäten von 1.500 Tonnen anpeilen. Und Mercedes-Benz baut derzeit zusammen mit dem Batterie-Recycler Primobius eine Fabrik im baden-württembergischen Kuppenheim mit einer Kapazität von 2500 Tonnen. Die Grundsteinlegung war am Freitag.

Die gegenwärtig in den Autos verbauten Batterien sind noch eine Zeit lang in Benutzung. Die Autohersteller rechnen erst zum Ende des Jahrzehnts mit einer größeren Anzahl an Rückläufern. Außerdem sollen die Batterien erst einmal ein sogenanntes zweites Leben erhalten, zum Beispiel als stationäre Stromspeicher. Bis die Batterien aus den Serienfahrzeugen ihr Lebensende endgültig erreicht haben, sollen vor allem Akkus aus Testfahrzeugen und Prototypen recycelt werden. Und auch Recycling-Unternehmen abseits der Autoindustrie fahren die Kapazitäten langsam hoch.

"Batterien alles andere als recyclingfreundlich"

Es gibt aber noch Hemmnisse. "Momentan sind die Batterien alles andere als recyclingfreundlich gestaltet", kritisiert der Physiker Kai Peter Birke, der an der Universität Stuttgart und dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung zu Batterie-Recycling forscht. Zum Recyceln werden Batteriezellen in einem ersten Schritt in ihre Einzelteile zerlegt. Laut dem Wissenschaftler ist das aber nicht so einfach, weil Zellverbindungen beispielsweise fest verschweißt sind. 

Außerdem sei der Aufbau von Batteriezellen je nach Hersteller unterschiedlich. Die fehlende Standardisierung verhindere eine serientaugliche Demontage. Die große Herausforderung für die Zukunft sei es, einen solchen Prozess zu automatisieren. Damit starten will Mercedes in diesem Jahr, zumindest was die Demontage betrifft. 

Im zweiten Recycling-Schritt gebe es verschiedene Möglichkeiten, wie die wertvollen Rohstoffe aus den Batterie-Einzelteilen gewonnen werden können, sagt Experte Birke. Die Verfahren ließen sich grob in zwei Kategorien einteilen: Einerseits sogenannte pyrometallurgische Prozesse, bei denen die Stoffe unter hohen Temperaturen eingeschmolzen werden, und andererseits hydrometallurgische Prozesse, bei denen die Stoffe in wässrigen Lösungen durch Zugabe von Chemikalien herausgelöst werden.

Mercedes und Primobius setzen auf die Hydrometallurgie. Der Vorteil ist laut einer Mercedes-Sprecherin, dass eine hohe Recycling-Quote erzielt und dabei kein CO2 ausgestoßen werde. Auch Umweltexperte Jürgen Sutter vom Öko-Institut sieht in dieser Verfahrensweise einen geringeren Energiebedarf als beim Einschmelzen. 

Es gebe jedoch auch Nachteile, auf die die Industrie nicht so gerne hinweise: In den Anlagen kämen organische Lösungsmittel zum Einsatz, die nicht in die Umwelt gelangen dürften. Außerdem könne es passieren, dass ätzende Flusssäure entstehe. "Es bringt zumindest große Herausforderungen", sagt Sutter mit Blick auf das hydrometallurgische Verfahren. Im Recyclingwerk von Mercedes sei Flusssäure laut einem Sprecher von Primobius aufgrund des spezifischen angewandten chemischen Verfahrens kein Thema.

Hohe Recyclingquoten bisher nur unter Laborbedingungen

Die Rohstoffe, die durch Recycling gewonnen werden können, sind Experten zufolge vor allem Kupfer, Aluminium, Nickel, Kobalt und unter Umständen Lithium. Die typischen Rückgewinnungsraten unterscheiden sich laut Sutter nach dem jeweiligen Material. Bei Nickel und Kobalt liegen sie zwischen 90 Prozent und 95 Prozent. Energieforscher Birke betont, dass hohe Recyclingquoten bisher nur unter Laborbedingungen möglich seien. Für die Massenproduktion schätzt er vorsichtig: "Da sind wir vielleicht eher bei 50 bis 60 Prozent."

Die Recyclingquoten sind auch Thema der neuen EU-Batterieverordnung, deren Entwurf gerade diskutiert wird. Diese will für bestimmte Materialien Mindestquoten festschreiben. Außerdem bringt die gesetzliche Pflicht für Autoproduzenten, Batterien zurückzunehmen, Druck auf den Kessel. Unabhängig von Quoten und Herausforderungen ist die Hauptsache für den Umweltexperten Sutter, dass überhaupt recycelt werde. Denn neue Rohstoffe aus der Erde zu holen sei sehr aufwendig. "Von daher ist es so, dass jedes Recycling die Ökobilanz einer Batterie deutlich verbessert", sagt Sutter.

Während die E-Mobilität weiter Fahrt aufnimmt, sind unter den Sitzen der Elektroautos noch Fragen offen. Je mehr von den Stromern auf den Straßen fahren, desto mehr Lithium-Ionen-Batterien werden benötigt. Und damit mehr Rohstoffe - und Lösungen, was mit ausgedienten Akkus passiert. Eine Antwort auf beide Probleme: Batterie-Recycling. Das perfekte Verfahren in serientauglichem Ausmaß gibt es aus Sicht der Forschung jedoch noch nicht.

Auf etwa 100.000 Tonnen schätzt das Berliner Öko-Institut die Menge an Batterien, die jährlich in Elektroautos in Umlauf kommt. In zehn Jahren seien es eine Million Tonnen. Verglichen damit klingen die Recyclingpläne der großen Autohersteller zunächst einmal klein: Volkswagen testet seit zwei Jahren Verfahren in Salzgitter und will dort jährliche Recycling-Kapazitäten von 1.500 Tonnen anpeilen. Und Mercedes-Benz baut derzeit zusammen mit dem Batterie-Recycler Primobius eine Fabrik im baden-württembergischen Kuppenheim mit einer Kapazität von 2.500 Tonnen - Grundsteinlegung am Freitag. Die gegenwärtig in den Autos verbauten Batterien sind noch eine Zeit lang in Benutzung. 

Recycling-Unternehmen fahren Kapazitäten hoch

Die Autohersteller rechnen erst zum Ende des Jahrzehnts mit einer größeren Anzahl an Rückläufern. Außerdem sollen die Batterien erst einmal ein sogenanntes zweites Leben erhalten, zum Beispiel als stationäre Stromspeicher. Bis die Batterien aus den Serienfahrzeugen ihr Lebensende endgültig erreicht haben, sollen vor allem Akkus aus Testfahrzeugen und Prototypen recycelt werden. Und auch Recycling-Unternehmen abseits der Autoindustrie fahren die Kapazitäten langsam hoch. Es gibt aber noch Hemmnisse. "Momentan sind die Batterien alles andere als recyclingfreundlich gestaltet", kritisiert der Physiker Kai Peter Birke, der an der Universität Stuttgart und dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung zu Batterie-Recycling forscht.

Batteriezellen: Verschiedene Schritte beim Recyceln

Zum Recyceln werden Batteriezellen in einem ersten Schritt in ihre Einzelteile zerlegt. Laut dem Wissenschaftler ist das aber nicht so einfach, weil Zellverbindungen beispielsweise fest verschweißt sind. Außerdem sei der Aufbau von Batteriezellen je nach Hersteller unterschiedlich. Die fehlende Standardisierung verhindere eine serientaugliche Demontage. Die große Herausforderung für die Zukunft sei es, einen solchen Prozess zu automatisieren. Damit starten will Mercedes in diesem Jahr, zumindest was die Demontage betrifft. Im zweiten Recycling-Schritt gebe es verschiedene Möglichkeiten, wie die wertvollen Rohstoffe aus den Batterie-Einzelteilen gewonnen werden können, sagt Experte Birke.

Die Verfahren ließen sich grob in zwei Kategorien einteilen: Einerseits sogenannte pyrometallurgische Prozesse, bei denen die Stoffe unter hohen Temperaturen eingeschmolzen werden, und andererseits hydrometallurgische Prozesse, bei denen die Stoffe in wässrigen Lösungen durch Zugabe von Chemikalien herausgelöst werden. Mercedes und Primobius setzen auf die Hydrometallurgie. Der Vorteil ist laut einer Mercedes-Sprecherin, dass eine hohe Recycling-Quote erzielt und dabei kein CO2 ausgestoßen werde. Auch Umweltexperte Jürgen Sutter vom Öko-Institut sieht in dieser Verfahrensweise einen geringeren Energiebedarf als beim Einschmelzen.

Umwelt: Große Herausforderungen

Es gebe jedoch auch Nachteile, auf die die Industrie nicht so gerne hinweise: In den Anlagen kämen organische Lösungsmittel zum Einsatz, die nicht in die Umwelt gelangen dürften. Außerdem könne es passieren, dass ätzende Flusssäure entstehe. "Es bringt zumindest große Herausforderungen", sagt Sutter mit Blick auf das hydrometallurgische Verfahren. Im Recyclingwerk von Mercedes sei Flusssäure laut einem Sprecher von Primobius aufgrund des spezifischen angewandten chemischen Verfahrens kein Thema. Die Rohstoffe, die durch Recycling gewonnen werden können, sind Experten zufolge vor allem Kupfer, Aluminium, Nickel, Kobalt und unter Umständen Lithium. Die typischen Rückgewinnungsraten unterscheiden sich laut Sutter nach dem jeweiligen Material. Bei Nickel und Kobalt liegen sie zwischen 90 Prozent und 95 Prozent.

Energieforscher Birke betont, dass hohe Recyclingquoten bisher nur unter Laborbedingungen möglich seien. Für die Massenproduktion schätzt er vorsichtig: "Da sind wir vielleicht eher bei 50 bis 60 Prozent." Die Recyclingquoten sind auch Thema der neuen EU-Batterieverordnung, deren Entwurf gerade diskutiert wird. Diese will für bestimmte Materialien Mindestquoten festschreiben. Außerdem bringt die gesetzliche Pflicht für Autoproduzenten, Batterien zurückzunehmen, Druck auf den Kessel. Unabhängig von Quoten und Herausforderungen ist die Hauptsache für den Umweltexperten Sutter, dass überhaupt recycelt werde. Denn neue Rohstoffe aus der Erde zu holen sei sehr aufwendig. "Von daher ist es so, dass jedes Recycling die Ökobilanz einer Batterie deutlich verbessert", sagt Sutter.

Bau einer Batteriefabrik: Baukonzern Hochtief investiert fast vier Milliarden Euro

Der Baukonzern Hochtief beteiligt sich am Bau einer Batteriefabrik für Elektroautos in den USA. Das Projekt des japanischen Herstellers Panasonic Energy in De Soto im Bundesstaat Kansas hat ein Investitionsvolumen von vier Milliarden Dollar (3,8 Milliarden Euro). Die Hochtief-Tochter Turner Construction baut demnach mit einem Partner die Großanlage, die 2025 die Produktion aufnehmen soll. In Deutschland hatte Hochtief zuletzt den Auftrag für ein Batteriewerk in Salzgitter erhalten.

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