Mit steigenden Zulassungszahlen von Elektrofahrzeugen gewinnen nachhaltige Herstellung und Recycling von Traktionsbatterien an Gewicht – buchstäblich. Dank koordinierter gemeinsamer Forschungsanstrengungen sollen Batteriezellen zukünftig auch in Deutschland und Europa produziert werden können. Vor diesem Hintergrund müssen die Prozesse für die Zellherstellung so umweltfreundlich gestaltet und Batteriematerialien so effizient wie möglich zurückgewonnen und wiederverwendet werden, heißt es beim Fraunhofer Institut für Silicatforschung (Fraunhofer ISC). Nur so könne batteriebasierte Elektromobilität zukunftsfest und nachhaltig werden. Das Know-how dafür könne auch ein entscheidender Wettbewerbsvorteil im Batteriemarkt werden, wenn – wie erwartet – die benötigten Ressourcen bei gleichzeitig steigender Nachfrage immer knapper und damit teurer werden.
Zum heutigen Stand sei jedoch relativ wenig bekannt von gebrauchten, das heißt in Fahrzeugen verbauten Traktionsbatterien, was etwa ihre jeweiligen Bestandteile, ihre Zellchemie und ihren Zustand anbelangt. Das mache das Recycling und die Wiederverwendung schwierig und teuer und damit wirtschaftlich unattraktiv. Entsprechend gering seien die bisher verfügbaren Recyclingkapazitäten. Außerdem seien bisher Zell- und Batteriekonzepte nicht gut für die Digitalisierung gerüstet. Das soll nun mit dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Verbundprojekt „Innovationsplattform einer grünen, detektierbaren und direkt recycelbaren Lithium-Ionen-Batterie“ (IDCYCLIB) anders werden.
Fünf Säulen für einen nachhaltigen und wirtschaftlichen Kreislauf
Im Projektkonsortium des Projekts haben sich 12 Partner aus Industrie und Forschung zusammengeschlossen, um ein schlüssiges nachhaltiges und industrietaugliches Konzept für Batteriezellfertigung, -recycling und Aufbereitung transferfähig zu machen. Das Konzept baut auf fünf Säulen auf:
1. „Grüne“ Batteriezellen
Wasserbasierte Herstellverfahren für Batterieelektroden und Funktionsmaterialien (Verzicht auf Lösemittel und bedenkliche Prozesschemikalien)
2. Design for Recycling
Batteriezellen sollen sich bereits durch ihr Design und die Beschaffenheit ihrer Komponenten leicht und automatisiert zerlegen lassen, die Funktionsmaterialien können einfach und kostengünstig sortiert und für die Wiederverwendung in neuen Batterien aufbereitet werden.
3. Detektierbarkeit/Batteriepass/digitaler Zwilling
Die Zellkomponenten sind mit fälschungssicheren partikulären Markern codiert, die einfach ausgelesen werden können. Damit wird eine automatisierte Vorsortierung nach Zellchemismus und Bestandteilen möglich, Trenn- und Aufbereitungsprozesse lassen sich vereinfachen, Materialströme digital erfassen.
4. Effiziente Recyclingprozesse
Schonende wasserbasierte elektrohydraulische Zerlegung und materialsensitive Sortierung mit neuartiger Zentrifugentechnologie sorgen für eine hohe Reinheit der zurückgewonnenen Materialfraktionen zur anschließenden Regeneration.
5. Entwicklungsbegleitende Nachhaltigkeitsbewertung
Mittels Life Cycle Assessment und Life Cycle Costing, der Ableitung parametrisierter Modelle sowie der Entwicklung geeigneter Softwaretools (LCA Calculator, Datenaustauschplattform) zur Bewertung und Steuerung digital erfasster Materialströme kann der Weg zu einer nachhaltigen Entwicklung und Kreislaufführung von Batterien geebnet werden.
Mit diesen fünf Säulen will das Verbundprojekt das Instrumentarium aufbauen und erproben, das in Zukunft eine nachhaltige Fabrikation und Nutzung und ein wirtschaftliches Recycling von Batteriezellen sowie ein digitales Datenmanagement ermöglicht. Die ressourcenschonende zirkuläre Wirtschaft soll damit für Lithium-Ionen-Batterien (LIB) nicht nur möglich, sondern auch ökonomisch attraktiv werden. Darüber hinaus sollen auch Schnittstellen für zukünftige Innovationen geschaffen werden – zum Beispiel eine digitale Erfassung des Zellzustands. IDCYCLIB soll so zum Abbau von Versorgungsrisiken sowie zur Verbesserung des ökologischen Fußabdrucks und der Wirtschaftlichkeit von LIB beitragen.
