Batterierecycling

Expertise und Kapazitäten in der thermischen Verfahrenstechnik für Ihr Batterierecycling

Der Ausbau erneuerbaren Energien wird erhebliche Mengen an Energiespeicherkapazität erfordern, darauf liegt der Fokus der aktuellen Batterieentwicklung und -nutzung. Auf absehbare Zeit werden hierdurch jedoch große Mengen an „verbrauchten“ Batterien anfallen – ein massives Problem für Wirtschaftlichkeit und Umweltschutz und eine Herausforderung für die benötigten verfahrenstechnischen Lösungen.

Der Recyclingprozess solch komplexer Stoffsysteme beinhaltet vielfach einen thermischen Verfahrensschritt – Hier können wir mit langjähriger Erfahrung in der thermischen Behandlung komplexer Stoffgemische helfen! Wir unterstützen Sie bei der Prozessentwicklung, in die wir unseren Erfahrungsschatz im Scale-Up und der Anlagenplanung mit einfließen lassen können.

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EU-Vorgaben zum Recycling von Batteriematerialien

Seitens der EU sind mittlerweile bestimmte Vorgaben und Richtlinien für den Recyclinganteil in Batterien vorgeschrieben: Die Recyclingquote für Lithium soll zwischen 2028 und 2032 von 50 % auf 80 % steigen. Für kritischere Elemente wie Nickel, Kupfer, Kobalt und Blei wird eine Quote von 90 % angestrebt. Auch der vorgegebene Anteil an recycelten Materialien in neuen Batterien soll steigend festgelegt werden:

Lithium: ab 18.08.2031: 6 %; ab 18.08.2036: 12 %
Kobalt: ab 18.08.2031: 16 %; ab 18.08.2036: 26 %
Nickel: ab 18.08.2031: 6 %; ab 18.08.2036: 15 %

Je höher die Anforderungen an das Recycling der Batteriematerialien, desto höher werden auch die Anforderungen an die im Recycling benötigten thermischen Verfahren – in der Entwicklung und der Prozessführung. Wir können mit langjähriger Erfahrung in der thermischen Verfahrenstechnik dabei helfen, die benötigten Prozesse zu entwickeln und auf industriellen Maßstab zu skalieren.

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Recycling von Schwarzmasse mit thermischen Prozessen

Zu Beginn des Recyclingprozesses müssen die Batterien nach den verwendeten Kathodenmaterialen sortiert und entladen werden. Die so vorbereiteten Batterien werden mechanisch möglichst weit in ihre Bestandteile aufgetrennt – durch Demontage oder ein vollständiges Schreddern. Nach Aussortieren der groben Bestandteile (Kunststoffhüllen ect.) bleibt von den Batterien ein komplexes Stoffgemisch übrig – die sogenannte Schwarzmasse. Diese erhält ihren Namen durch den in großen Mengen enthaltenen Kohlenstoff (Graphit), welcher der Masse die namensgebende schwarze Farbe gibt. Diese Schwarzmasse beinhaltet einen Anteil wertvoller Materialien, etwa verschiedene Metalle (z. B. Nickel und Kobalt), deren Rückgewinnung im Sinne einer nachhaltigen Stoffwirtschaft unumgänglich ist. Gleichzeitig ist Schwarzmasse als Abfallstoff deklariert und stellt aufgrund seiner Bestandteile (bedingt durch den Gehalt an Schwermetallen und halogenhaltigen organischen Bestandteilen) ein hohes Umweltrisiko dar. Ein Recyclingprozess stellt also schwierige Anforderungen an die Umweltverträglichkeit der entstehenden Produkte und des Prozesses selbst.

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Schwierigkeiten der Behandlung von Schwarzmasse

Für die Gewinnung der Schwarzmasse müssen Altbatterien nach dem Entladungsprozess zuerst mechanisch behandelt werden. Ein industriell genutztes Verfahren der entstehenden Schwarzmasse ist die Pyrometallurgie. Bei diesem Verfahren wird die Schwarzmasse thermisch behandelt. Die thermische Behandlung mit dem Ziel der Entfernung organischer Bestandteile sowie Verringerung des Kohlenstoffgehalts kann im Drehrohrofen realisiert werden. Diese genannten Schritte sind bei „niedrigeren“ Temperaturen von 400 °C bis 800 °C realisierbar. Die Komplexität dieser Behandlungsschritte liegt unter anderem in der Abgasaufbereitung, beispielsweise durch hohe Belastungen an Kohlenstoffmonoxid oder unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Weiterhin kann durch die thermische Behandlung und der damit verbundenen Zersetzung des Leitsalzes Fluorwasserstoff Bestandteil im Abgas sein, welches eine komplexe und aufwendige Abgasreinigung bedingt.

Sowohl die Entfernung organischer Bestandteile als auch die Verringerung des Kohlenstoffanteils in der Schwarzmasse sind wichtige thermische Vorbereitungsschritte, um im darauffolgenden Schritt, der Aufschmelzung, eine möglichst reine Schmelzphase zu realisieren und damit schlussendlich auch die Rückgewinnung wertvoller Metalle zu realisieren. Diese finden üblicherweise in anderen Arten von Öfen, beispielsweise einem Lichtbogenofen statt. Dieser ermöglicht eine effizientere Erhitzung des Materials und damit auch der Generierung reinerer Schmelzphasen. Neben dieser bildet sich durch die Aufschmelzung auch eine Schlackephase. In dieser sind unter anderem auch Metalle wie Lithium und Aluminium angereichert. Die Aufbereitung dieser Phase gestaltet sich gegenüber der Schmelzphase als schwierig.

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Wie können wir Ihnen bei der Aufbereitung der Schwarzmasse helfen?

Jahrzehnte an Know-how in der thermischen Behandlung komplexer Stoffsysteme, welche Sie für die Prozessentwicklung oder das Scale-up nutzen können. Unser Anlagenpark mit Drehrohröfen verschiedenster Größen stehen Ihnen für Ihren thermischen Prozessschritte zur Verfügung: von kleinen Versuchen im Labormaßstab bis hin zu großtechnischen Versuchen im Hundertkilomaßstab. Hierbei können mit unseren Anlagen verschiedene Behandlungsbedingungen wie z. B. Temperatur, Behandlungsdauer und Reaktionsatmosphäre untersucht werden.

Im Rahmen von Engineeringstudien können wir Sie bei der Entwicklung eines Prozesses für das Recycling von Batteriematerialien bis hin zur Planung einer großtechnischen Anlage beraten: Angefangen mit der Behandlung von Schwarzmasse führen wir anschließend eigenständig Versuche im Labormaßstab durch, die wir schrittweist auf großtechnischen Maßstab hochskalieren. Aufgrund der gewonnenen Daten und unserer Expertise können wir eine großtechnische Anlage nach Ihren Vorstellungen auslegen und liefern Ihnen noch als weiteren wichtigen Informationen für nachfolgende Prozesse.

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IBUvolt Dienstleistungen:

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Thermische Behandlung von Schwarzmasse

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