Batterie-Recycling: Ablauf und Herausforderungen
Ob in unseren Smartphones, Laptops, Haushalts- und Gartengeräten oder in unseren Elektroautos – viele Alltagsgegenstände enthalten Akkus oder Batterien. Wenn diese mit der Zeit an Leistung verlieren, ist es wichtig, Batterien richtig zu entsorgen und zu recyceln. Denn aus Batterien lassen sich noch wertvolle Metalle und andere Rohstoffe gewinnen. So lässt sich zum Beispiel ein Brillengestell aus 13 oder eine Gießkanne aus 120 recycelten Batterien herstellen. Wie das Batterien-Recycling genau abläuft und welche Herausforderungen damit einhergehen, erfahren Sie hier.
Inhalt
Warum ist das Batterie-Recycling so wichtig?
Verschiedene Batterie-Typen und ihr Recycling
So läuft das Batterie-Recycling ab
Herausforderungen des Batterie-Recyclings
Batterie-Recycling – rechtliche Grundlagen
Die Zukunft des Batterie-Recyclings
Warum ist das Batterie-Recycling so wichtig?
Batterien und Akkus enthalten eine Vielzahl von Rohstoffen, darunter Metalle wie Lithium, Nickel, Kobalt und Aluminium. Diese stehen nur begrenzt zur Verfügung, sodass es wichtig ist, sie durch das Batterie-Recycling zu gewinnen und wiederzuverwerten. So werden nicht nur Ressourcen geschont, sondern es müssen auch weniger Rohstoffe abgebaut werden. Das verringert den CO₂-Abdruck bei der Batterieherstellung enorm. Ein weiterer Aspekt des Umweltschutzes liegt darin, dass Batterien und Akkus Schwermetalle und gefährliche Chemikalien enthalten können, die bei unsachgemäßer Entsorgung in die Umwelt gelangen können. Daher ist es wichtig, Batterien und Akkus richtig zu entsorgen.
Das Batteriegesetz regelt die Entsorgung und verpflichtet den Einzelhandel zur Rücknahme von Altbatterien. Beim Batterie-Recycling lassen vor allem Nickel, Kobalt, Kupfer, Aluminium und Stahl zurückgewinnen und wiederverwenden. Dank neuer Recycling-Verfahren, die Batterien nicht mehr nur schreddern oder schmelzen, ist es mittlerweile möglich, bis zu 96 Prozent der enthaltenen Rohstoffe zu recyclen. Das Cadmium aus Nickel-Cadmium-Batterien lässt sich für die Produktion neuer Energiezellen nutzen. Stahl, Nickel und Blei kommen dagegen für die Herstellung von Edelstahl zum Einsatz.
Beim Recycling von Alkali-Mangan- und Zink-Kohle-Batterien kommt das Verfahren des Einschmelzens zum Einsatz. Dabei entstehen neben Zink auch glasartige Schlacke und Eisen-Mangan, das dann hauptsächlich zur Herstellung von Eisenlegierungen Verwendung findet. Die Sekundärrohstoffe dienen beispielsweise für den Bau von Autos (Stahl), Straßen (Schlacke), Schubkarren (Zink), Bremsscheiben (Eisen-Mangan bzw. Ferromangan) oder Handys (Kobalt, Nickel).
Besonderheiten stellen die beliebten Lithium-Ionen-Batterien dar, die vor allem in Elektrogeräten wie Smartphones oder Laptops zum Einsatz kommen. Denn die Rückgewinnung von Lithium ist derzeit wenig ertragreich und zudem recht teuer. Hierfür braucht es statt der meist metallurgischen Verfahren, die viel Energie verbrauchen und schädliche Nebenprodukte hinterlassen, neue Verfahren für das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien. Hier könnten mechanische Prozesse zum Einsatz kommen, die chemische Reaktionen herbeiführen. Sie bieten eine höhere Ausbeute bei niedrigerem Aufwand und sind somit nachhaltiger.
Verschiedene Batterie-Typen und ihr Recycling
Je nach Art der Batterie oder des Akkus gibt es spezielle Aspekte, die im Recyclingprozess zu berücksichtigen sind:
1. Lithium-Ionen-Akku-Recycling: Lithium-Ionen-Akkus sind aufgrund ihrer Verwendung in Elektroautos besonders relevant. Das Recycling von Lithium-Ionen-Akkus erfordert spezialisierte Anlagen, um die wertvollen Materialien zurückzugewinnen und die Sicherheit bei der Verarbeitung zu gewährleisten.
2. Autobatterie-Recycling: Autobatterien sind in der Regel Blei-Säure-Batterien, die Blei und Schwefelsäure enthalten. Diese Materialien können gefährlich sein, was die ordnungsgemäße Entsorgung unerlässlich macht. Daher ist das Recycling von Autobatterien besonders wichtig.
3. Elektroauto-Batterie-Recycling: Da Elektroautos immer häufiger auf den Straßen zu finden sind, nimmt auch die Anzahl der ausgedienten Elektroauto-Batterien zu. Das Recycling dieser Batterien ist entscheidend, um die Umweltauswirkungen der Elektromobilität zu minimieren.
So läuft das Batterie-Recycling ab
Das Batterien-Recycling ist ein komplexer Prozess, der spezielle Anlagen und Technologien erfordert, um die verschiedenen Materialien in den Batterien und Akkus zurückzugewinnen. Hier ist eine Schritt-für-Schritt-Übersicht des Recyclingprozesses:
1. Sammlung: Die erste Phase des Batterien-Recyclings besteht darin, alte Batterien und Akkus zu sammeln. Dies kann auf verschiedene Weisen geschehen, zum Beispiel durch Sammelstellen, Rückgabepunkte in Geschäften oder spezialisierte Sammelunternehmen.
2. Transport und Lagerung: Nach der Sammlung erfolgt der Transport der Batterien zu entsprechenden Recyclinganlagen, wo eine sichere Lagerung stattfindet, bis die Weiterverarbeitung beginnt.
3. Sortierung: Die gesammelten Batterien werden nach ihrer Größe, den Inhaltsstoffen und ihren elektrochemischen Systemen getrennt, da je nach System und Inhaltsstoffen der Batterie andere Recycling-Verfahren notwendig sind. Dies geschieht zum Beispiel manuell oder mit Hilfe von elektromagnetischen Verfahren, Röntgensensoren, UV-Sensoren oder einer Kombination aus verschiedenen Techniken.
4. Zerkleinerung: In der Recyclinganlage erfolgt die mechanische Zerkleinerung der Batterien, um die äußere Hülle zu entfernen und die inneren Komponenten freizulegen.
5. Trennung der Materialien: Die Trennung der inneren Komponenten der Batterien und Akkus voneinander geschieht dann chemisch oder physikalisch. Dieser Schritt ist entscheidend, da er es ermöglicht, wertvolle Materialien wie Lithium, Nickel und Kobalt zurückzugewinnen.
6. Wiederaufbereitung: Anschließend erfolgt die Aufbereitung der zurückgewonnenen Materialien. Daraufhin finden die neuen Batterien und Akkus in der Produktion Wiederverwendung.
7. Entsorgung von Reststoffen: Für die verbleibenden Materialien, die sich nicht verwerten lassen, ist eine umweltgerechte Entsorgung vorgesehen.
Herausforderungen des Batterie-Recyclings
Zuerst die positive Nachricht: Laut Umweltbundesamt erfolgt für 80 bis 85 Prozent der zurückgegebenen Batterien und Akkus ein Recycling. Der Haken – nur knapp die Hälfte der gekauften Batterien finden den Weg in die fachgerechte Entsorgung, sodass eine Wiederverwendung erfolgen kann. Zudem decken die Materialmengen, die sich aus alten Batterien gewinnen lassen, nicht den Bedarf an Materialien für die Zellproduktion.
Eine weitere Herausforderung stellt das Recyceln von Lithium-Ionen-Batterien dar, denn diese sind sehr kompliziert aufgebaut: Alu- und Kupferfolie sind zigfach umeinandergewickelt, jeweils mit einer anderen Paste beschichtet, und das Ganze ist zudem noch in einem mehrlagigen Gehäuse untergebracht. Darüber hinaus ist keine Lithium-Ionen-Batterie wie die andere, daher müssen die Batterien von Hand zerlegt werden, was viel Zeit kostet. Durch eine Standardisierung der Batterien ließe sich durch Automatisierungsprozesse viel Zeit sparen.
Batterie-Recycling – rechtliche Grundlagen
Das Batterie-Recycling gewinnt als nachhaltiger und ressourcenschonender Prozesse immer mehr an Bedeutung. Das ruft auch die Politik auf den Plan. So hat die EU-Kommission 2020 einen Vorschlag für eine neue Batterie-Verordnung vorgelegt. Die Verabschiedung erfolgte am 10. Juli 2023 und soll nach einigen Anpassungen und Verschärfungen in den nächsten Jahren in Kraft treten. Die umfassende Verordnung berücksichtigt alle Batterie-Typen und deren Lebenszyklus von der Produktion bis hin zum Recycling.
Hier einigen der neuen Vorschriften der EU-Batterieverordnungen im Überblick:
– Verbraucher sollen Gerätebatterien problemlos selbst austauschen können.
– Batterien müssen Mindestanforderungen in puncto Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit erfüllen.
– Hersteller bestimmter Batterie-Typen müssen diese mit einer Erklärung und Kennzeichnung zum CO₂-Fußabdruck auszeichnen.
– Einige Batterie-Typen sollen mit einem digitalen Pass als QR-Code ausgestattet sein.
– Erhöhung der Recyclingquote: Bis 2027 auf 63 Prozent und bis 2030 auf mindestens 73 Prozent.
– Es soll Mindestmengen geben, die aus den Materialien der Altbatterien zurückgewonnen werden sollen.
– Der Anteil des recycelten Materials bei neuen Batterien soll schrittweise erhöht werden: Acht Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung gilt zum Beispiel für Kobalt 16 Prozent, für Blei 85 Prozent und für Lithium 6 Prozent etc. 13 Jahre später gelten neue Richtwerte: für Kobalt 26 Prozent, für Blei 85 Prozent und für Lithium 12 Prozent usw.
Die Zukunft des Batterie-Recyclings
Laut Berechnungen des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung (ISI) soll die Menge der zu recycelnden Batterien in Europa im Jahr 2030 420 Kilotonnen und ab 2040 sogar 2.100 Kilotonnen betragen. Der Prozess des Batterie-Recyclings gewinnt also immer mehr an Bedeutung. Zudem ändern sich die Arten und Anteile der Batterien: Stammten 2020 noch die meisten Altbatterien aus Smartphones oder Laptops, wird sich durch den Anstieg der E-Mobilität der Anteil der zu recycelnden Autobatterien bis 2035 den größten Anteil stellen.
Dadurch steigt auch der Bedarf an Rohstoffen für die Neuproduktion von Batterien und Akkus. Bis 2030 wird der globale Bedarf an Lithium jedes Jahr um mehr als 25, die Nachfrage nach Nickel sogar um jährlich 40 Prozent steigen. Daher ist es wichtig, die Recyclingprozesse zu optimieren, um den Materialbedarf zukünftig besser decken zu können und nachhaltiger und ressourcenschonender zu arbeiten. Bis 2040 könnten durch das Batterie-Recycling rund 40 Prozent des Kobalts und mehr als 15 Prozent des Bedarfs an Lithium, Nickel und Kupfer für die Zellproduktion abgedeckt sein.
Zudem arbeiten Forscher an immer neuen und besseren Methoden für das Batterie-Recycling, um dieses nachhaltiger, energieeffizienter zu gestalten und mehr Rohstoffe zu gewinnen. So lassen sich mittlerweile beim Recycling von Lithium-Ionen-Batterien 90 bis 96 Prozent aller Materialien zurückgewinnen. Dabei wird die Batterie nicht geschmolzen, sondern in Säure, meist Schwefelsäure, aufgelöst. Im Anschluss lassen sich die Metalle als Salze einsammeln: Lithium als Lithiumcarbonat, Nickel als Nickelsulfat, Kobalt als Kobaltsulfat. Allerdings ist dieses Verfahren sehr aufwendig und teuer. Es lohnt sich daher erst ab einem hohen Materialzufluss von mehreren 1.000 Tonnen im Jahr, beispielsweise durch viele Autobatterien. Da diese aber erst seit kurzem auf dem Markt sind und lange halten, sind diese Batterien noch nicht recyclingfähig. Zudem können gebrauchte Autobatterien zunächst in stationären Speicher Verwendung finden, bevor sie recycelt werden müssen.
Ein anderes Verfahren, das umweltschonender und günstiger arbeitet, entwickelten Forscher an der RWTH Aachen: Bei dem sogenannten Cylib-Verfahren kommt statt Säuren und Laugen, Wasser zum Einsatz. So lassen sich Grafit und Lithium aus den Batterien schon deutlich früher aus dem Stofffluss lösen. Gerade das Recycling von Grafit ist momentan noch eine Herausforderung im Batterie-Recycling, da die Qualität des zurückgewonnenen Materials häufig zu wünschen übriglässt. Durch das neue Verfahren könnte es sofort wieder für den Bau neuer Batterien in Benutzung kommen.