Die Elektromobilität steigert die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien – und führt weltweit zu einem enormen Bedarf an kritischen Materialien, wie Nickel, Kobalt, Lithium und Graphit, die zum einen nicht unendlich auf unserer Erde vorkommen, und zum anderen häufig unter schlechten Bedingungen abgebaut werden. Daher ist die Entwicklung effizienter Recyclingtechnologien und die Integration der zurückgewonnenen Materialien in die Batteriezellenproduktion zwingend erforderlich. Ziel ist es, mit effizienten Ansätzen Materialkreisläufe zu schließen.
Ein für Lithium-Ionen-Batterien sehr relevantes, aber auch äußerst kritisches Material ist Graphit. Durch die Energiewende im Mobilitätsbereich wird Graphit eines der bestimmenden Materialien bei der Batterieproduktion in den nächsten Jahrzehnten bleiben. Natürliche Lagerstätten von Graphit, welche wirtschaftlich abgebaut werden können, sind jedoch selten. Darüber hinaus können Recyclingunternehmen derzeit Graphit nicht zurückgewinnen. Daher endet es während des Recyclingprozesses als Abfall oder wird als Reduktionsmittel verwendet.
Anna Vanderbruggen hat sich dieser Herausforderung des Graphitrecyclings gestellt. Die Doktorandin am Helmholtz-Institut für Ressourcentechnologie Freiberg (HIF) – einer Einrichtung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) – hat ein Konzept zur „Rückgewinnung von Graphit aus verbrauchten Lithiumionenbatterien“ entwickelt, das auch Thema ihrer Doktorarbeit ist.
„Mein Ansatz nutzt die in der Rohstoffindustrie bewährte Methode der Schaumflotation, um Graphit zu recyceln. Die Schaumflotation ist ein etablierter und effizienter Prozess für die Trennung wertvoller Mineralien von taubem Gestein für Partikelgrößen von etwa 10 bis 200 Mikrometer. Der Prozess basiert auf der selektiven Hydrophobierung, also wasserabweisenden Eigenschaft, von Mineralen und der Anhaftung dieser Partikel an Gasblasen, welche anschließend über einen Schaum ausgetragen werden. Daher sind Oberflächen-, aber auch andere Partikeleigenschaften wie Größe und Morphologie, die wesentlichen Trennmerkmale für die Schaumflotation. Das Hinzufügen einer Schaumflotationsstufe ermöglicht die gemeinsame Rückgewinnung der Metalle und des Graphits“, erklärt Vanderbruggen ihren Ansatz.
Solche zukunftsweisenden Ideen sind es, die bei dem jährlich stattfindenden Wettbewerb „Falling Walls“ gesucht werden. Der Wettbewerb, der sich an junge Erfinder*innen, Forscher*innen, Start-up-Unternehmer*innen und Studierende richtet, ist der Falling Walls Conference in Berlin angegliedert. Diese fand erstmalig 2009 zum Jahrestag des Mauerfalls statt und hat das Motto „Mauern einreißen und Grenzen überwinden: In den Köpfen, im Denken und im Handeln“. Anna Vanderbruggen setzte sich zunächst in der nationalen Ausscheidung des Falling Walls Labs durch und sicherte sich damit die Teilnahme am Finale in Berlin am 7. November. Dann muss die Französin die Jury mit ihrem 3-minütigen Kurzvortrag von ihrer Zukunftsidee des Batterie-Recyclings überzeugen, um „Breakthrough Winner of the Year in the Emerging Talents category of Falling Walls” zu werden. Die Gewinnerin bzw. der Gewinner erhält einen Geldpreis und darf ihren bzw. seinen Vortrag am 9. November noch einmal auf der Falling Walls Conference vor großem Publikum halten.
Die Falling Walls Conference wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), der Helmholtz Gemeinschaft sowie der Robert Bosch Stiftung gefördert. Zudem beteiligen sich eine Vielzahl wissenschaftlicher Einrichtungen und Stiftungen, darunter acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, die Leibniz-Gemeinschaft, die Fraunhofer-Gesellschaft, die Max-Planck-Gesellschaft, der Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft, der Deutsche Akademische Austauschdienst (DAAD), die Körber-Stiftung, die Leopoldina – Nationale Akademie der Wissenschaften, die Berliner Senatsverwaltung für Bildung, Wissenschaft und Forschung sowie der Europäische Forschungsrat.
