Die Episode 2 dreht sich um die Produktion der Akkus und welches Einsparpotential hierbei möglich ist um die Umwelteinwirkungen so gering wie möglich zu halten. Zudem beleuchtet sie den aktuellen Stand der Forschung des Recyclings von Lithium-Ionen-Akkus. In Teil 1 wurde dies kurz angesprochen als Hoffnungsträger gegenüber den befürchteten Müllbergen von Li-Ion-Akkus. Teil 3 thematisiert die heutige Verwendung von ausgedienten Li-Ion-Akkus aus Elektrofahrzeugen.

Problematik Alterungsprozess und Endprüfung

Bei der Produktion von Lithium-Ionen-Akkus für E-Fahrzeuge ist eine Unterscheidung zwischen der Produktion von Zellen und Modulen und der Zusammensetzung dieser zum Akku notwendig. Die Produktion der einzelnen Zellen muss zu 80% in Trocken- und Reinräumen erfolgen, da Feuchtigkeit und Fremdpartikel zu Fehlverhalten führen können. Die Fertigung ist zu über 95% automatisiert. Für den Alterungsprozess, die Kontrolle und die Endprüfung ist ein Maschinenpark notwendig, welcher große energetische und finanzielle Kosten verursacht. Beim Alterungsprozess wird der Akku über mehrere Wochen hinweg belastet, was die wiederholte Ladung und Entladung bedeutet. Dabei können fehlerhafte Module erkannt und ausgetauscht werden. In diesem Arbeitsschritt werden Sensoren für die Überwachung von Temperatur und Zellspannung verbaut. Mit der Endmontage erfolgt der Einbau des Batteriemanagementsystems, der Leistungsschalteinheit, der Sicherung und der Hochspannungsverbindungen zwischen den Modulen. Bei der Endprüfung sind große Energiemengen aufgrund der langen Prüfzeiten nötig, die jedoch als Wärme verloren gehen.

In der gesamten Produktionskette entfallen etwa 50% der Emissionen auf die Produktion der Zellen. Die Fertigung und der Transport beanspruchen 25-30%. Auch hier ist demnach ein großes Einsparpotential vorhanden. Die restlichen 20-25% verteilen sich auf das Batteriegehäuse, das Batteriemanagementsystem und weitere „Kleinteile“.

Recyclingprozesse in der Forschung

Neben den klassischen Methoden wie Demontage, Zerkleinern, Schmelzen oder Fällung werden Verfahren benötigt, um eine Auftrennung der eingesetzten Stoffe und eine Aufbereitung für die weitere Verwertung zu ermöglichen. Die Forschung richtet ihre Aufmerksamkeit seit mehreren Jahren überwiegend auf hydrometallurgischen Verfahren um das Lithium in ausreichender Qualität zurück zu gewinnen. Diese Verfahren bestehen normalerweise aus einer Kombination von Flotations-, Extraktions-, Konzentrations- und Fällungsverfahren.

Das Titelbild zeigt stark vereinfacht die Abläufe und Endprodukte der Recyclingschritte, wobei unterschiedliche Kombinationen der Schritte unterschiedliche Endprodukte ergeben. Dabei kommen verschiedene Säuren, Laugen und andere Chemikalien zum Einsatz. Die Erprobung der Verarbeitung verschiedener Formen von Zellen und Zelltypen der Akkus erfolgt mit unterschiedlicher, materieller Zusammensetzung. Einige Verfahren berücksichtigen die demontagegerechte Konstruktion der Akkus, das Alterungsverhalten von neu produzierten Zellen im Vergleich zu recycelten, sichere Entladeverfahren und die automatisierte Demontage. Durch die Berücksichtigung der Konstruktion der Akkus rücken manche Verfahren sehr nahe an eine geschlossene Kreislaufwirtschaft heran. Zudem sind die Wirtschaftlichkeit der Verfahren und die Ökobilanz des Recyclings Thema der Forschung.

Einige Verfahren erreichen die gewünschte Qualität und können einen Großteil des eingesetzten Lithiums (bis zu 95%) zurückgewinnen. Auch die Ökobilanzen sind größtenteils vielversprechend und positiv. Jedoch fehlt die Serienreife und die absehbare Wirtschaftlichkeit innerhalb der nächsten Jahre.

 

Bildquellen: mrd.de und eigene Abbildung.

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