Recyclinganlage für Lithium-Ionen-Akkus in Bremerhaven
Reportage vor Ort

31.07.2018 – Energie für die Zukunft: Recycling von Lithium-Ionen-Akkus

In Bremerhaven steht eine einzigartige Anlage zur Verwertung von Lithium-Ionen-Akkus. Bis zu 10.000 Tonnen der Kraftpakete werden hier sortenrein zerlegt.
Reportage vor Ort

Energie für die Zukunft: Recycling von Lithium-Ionen-Akkus

Im linken Teil der Halle steht ein Zerkleinerungsaggregat, das fünf Tonnen Material pro Stunde verarbeiten kann. Im rechten Flügel wartet eine Sortierstraße mit acht Stationen auf ihren Einsatz. Dazwischen verbirgt sich eine weitere Maschine hinter einer hellgrauen Wand. Trotz ihrer beeindruckenden Größe wirkt die neueste Anlage der Bremerhavener Redux GmbH eher unspektakulär.

Dass die 40 Tonnen schwere Maschine in der Mitte neugierigen und unbefugten Augen verborgen bleibt, ist jedoch genauso einfach zu erklären wie der Stolz der Verantwortlichen auf diese Eigenentwicklung. Redux ist mit einem Jahresumschlag von 25.000 Tonnen einer der größten Batterierecycler in Europa – und nun auf dem Sprung zum Markt- und Technologieführer auf einem weiteren Sektor.

Rückgewinnungsquote bis zu 70 Prozent

In der neuen Anlage können pro Jahr bis zu 10.000 Tonnen Lithium-Ionen-Akkus verarbeitet werden. „Wir gewinnen 60 bis 70 Prozent der Sekundärrohstoffe und des Aktivmaterials zurück und liegen damit weit über der Quote anderer Methoden“, erläutert Gerhard Ziehenberger, Technik-Vorstand der österreichischen Muttergesellschaft Saubermacher AG.

Sechs Jahre Entwicklungs- und zwei Jahre Bauzeit sowie Ausgaben in Höhe von drei Millionen Euro haben Redux und Saubermacher in das Projekt investiert. „Es war und ist ein schwieriger Prozess“, sagt Astrid Arnberger über das Recycling-Verfahren und seine Entstehung. Die Wissenschaftlerin und Umweltingenieurin aus der Steiermark hat die Anlage gemeinsam mit Redux entwickelt.

Wie problematisch scheinbar „saftlose“ Lithium-Akkus sein können, weiß Redux-Geschäftsführer Holger Kuhlmann aus eigenem Erleben: Vor sechs Jahren hat der explodierende Stromspender eines eBikes ein Großfeuer in seinem Betrieb verursacht. Vielleicht ist dieses Gefahrenpotenzial der Grund, warum andere Recycler die verbrauchten Speicher nur einfach im Hochofen einschmelzen.

Zweistelliges Wachstum für die Energieträger

Ohne Lithium-Ionen-Akkus wären Smartphones, Laptops, Digitalkameras und andere auf elektrische Energie angewiesene transportable Anwendungen sowie eBikes und Elektroautos nicht denkbar. Jährlich wächst die Menge der neu eingesetzten Akkus im zweistelligen Prozentbereich. „Wir rechnen in den nächsten Jahren mit 2.000 bis 3.000 Tonnen Li-Ionen im Rücklauf jährlich“, erwartet Saubermacher-Vorstandssprecher Ralf Mittermayr. Nicht zuletzt deshalb hat das Unternehmen gemeinsam mit dem Recyclingdienstleister Interseroh ein Joint Venture namens SIMPLi RETURN gegründet, das Lithium-Ionen-Batterien aus Industrie und E-Mobilität sammelt – das weltweit erste Rücknahmesystem seiner Art. Recycelt werden die Batterien unter anderem in Bremerhaven.

Wenn die politischen Ziele in Sachen Elektromobilität erreicht werden, wird schon bald ein gewaltiger Strom verbrauchter Akkus auf die Abfallwirtschaft zu fließen. Im Jahr 2030 könnten es europaweit rund 120.000 Tonnen Alt-Akkus pro Jahr sein, hat Astrid Arnberger errechnet, die an der österreichischen Montan-Universität Leoben ihre Dissertation über die Wiederverwertbarkeit von Lithium-Ionen-Akkus geschrieben hat. Der größte Teil wird aus Elektromobilen stammen.

Rohstofflager der besonderen Art

Die Lithium-Ionen-Batterien müssen per Gesetz von Industrie und Handel zurückgenommen werden. Die derzeit 25 bis 595 Kilogramm schweren Energiespeicher von Elektromobilen enthalten durchschnittlich 1,2 Masseprozent (M-Prozent) Kupfer, 3,5 M-Prozent Stahl und 3,6 M-Prozent Aluminium.

Besonders interessant für die Wiederverwertung sind die Aktivmassen der Kathode (31,5 Prozent der Batteriemasse) und der Anode (18 Prozent); sie enthalten unter anderem die seltenen Elemente Kobalt, Mangan, Nickel und Lithium. „Eine Tonne Kobalt kostet derzeit rund 70.000 Euro“, weiß Ziehenberger. Der Haken: „Ein ausrangierter E-Mobilität-Akku enthält immer noch 80 Prozent seiner Kapazität und die Spannung beträgt bis zu 700 Volt“, erläutert Astrid Arnberger.

Vor dem Recycling müssen die Speicher komplett entladen werden. In der Redux-Zentrale im hessischen Offenbach und nun auch in Bremerhaven wird die freigesetzte Energie ins Stromnetz eingespeist. Anschließend werden die Batterien von ihrem Gehäuse befreit: „Das ist nur in Handarbeit zu leisten, denn jeder Autohersteller hat praktisch für jedes Modell ein anders geformtes System“, sagt Kuhlmann.

Wachsendes Recycling-Interesse der Automobilindustrie

Redux ist ein interessanter Partner für die Autohersteller, die die Akkus zurücknehmen müssen. Das bloße Einschmelzen, das andere Recycler betreiben, entspricht nicht dem von der Autoindustrie gewünschten „grünen Image“ bzw. den nachhaltigen Anforderungen. Dem Vernehmen nach interessiert sich auch Tesla für das Unternehmen, um hier die Alt-Akkus seiner in Europa verkauften Fahrzeuge zu entsorgen.

Redux und Saubermacher lassen das unkommentiert. „Ich habe Dutzende von Verschwiegenheitserklärungen unterschrieben“, sagt Kuhlmann über seine Kontakte zur Industrie. Selbst die von einigen Unternehmen angelieferten Test-Akkus dürfen Betriebsfremde nicht sehen, weil die Stromspeicher ohne Hülle in Bremerhaven eintreffen und die Konstruktion offen sichtbar wäre.

Quantensprung zur vollständigen Verwertung

Aber auch die Funktionsweise der Recyclinganlage ist ein Geheimnis. Astrid Arnberger beschreibt den vollautomatischen Prozess nur in groben Zügen. „Erst werden die entladenen und trockengelegten Teile weiter manuell zerkleinert und sortiert“, erläutert die Umweltingenieurin, „dann werden sie thermisch behandelt, um den Elektrolyt zu verdampfen, und schließlich wird die Masse mechanisch zerkleinert und maschinell in die wesentlichen Stoffgruppen sortiert.“

Bei Fragen nach Details wie der Temperatur der thermischen Behandlung werden Österreicher und Bremerhavener schweigsam. „Die Temperatur liegt unter dem Schmelzpunkt von Aluminium“, mehr lässt sich Astrid Arnberger nicht entlocken.

Die Anlage gilt als Quantensprung in Richtung vollständiger Verwertung. Beim bislang üblichen Einschmelzen entsteht ein nur bedingt verwendbares Endprodukt, der Markt verlangt aber zunehmend sortenreine Materialfraktionen, die in die Akku-Produktion zurückgeführt werden können. Die „Saubermacher“ sind stolz auf ihre Quoten. „3 Prozent Eisen, 25 Prozent Aluminium, 15 Prozent Kupfer und 60 Prozent Aktivmaterial“ des in den Akkus enthaltenen Materials werde am Ende zurückgewonnen, verkündet ein Plakat an der Wand, auch die restliche Mischfraktion ist noch verwertbar.

Herausforderung: winzige Partikelgröße

Das sortenreine Material kann an Spezialbetriebe gegeben werden, die Kobalt, Mangan und Nickel extrahieren. Diese Reinheit „kann kein anderer“, sagt Kuhlmann stolz. Und lässt ein bisschen von dem Prozess in dem drei Stockwerke hohen Reaktor durchblicken: Nach und nach werden die Bestandteile in gröbere und feinere Fraktionen zerlegt. Mittels Wärme wird die Aktivmasse von der Folie getrennt, auf der sie aufgebracht ist, und zum Endes Prozesses auf eine Größe von wenigen mµ geschrumpft.

Eine Herausforderung bei der Entwicklung der Maschine bestand dabei offenbar in dieser geringen Partikelgröße. Unter anderem musste verhindert werden, dass die Oberflächen der Maschine verkleben und dass sie durch die kleinsten Spalten nach außen gelangen. Wie die Redux-Experten diese Probleme gelöst haben, geben sie nicht preis. „Die gesamte Anlage arbeitet staubfrei, so dass hier niemand eine persönliche Schutzausrüstung benötigt“, versichert Ziehenberger.

Röntgenstrahlen identifizieren die Akkus

Ausgefeilte technische Lösungen sind Teil der Geschichte des Bremerhavener Unternehmens. Als sich in den 1990ern die deutsche Batterieverordnung abzeichnete, experimentierten ein paar Ingenieure mit Hilfe der kommunalen Wirtschaftsförderung an Recycling-Möglichkeiten. 1998 trat die Rücknahmeverpflichtung für Hersteller und Handel in Kraft – parallel dazu ging das Vorläuferunternehmen der heutigen Redux GmbH an den Start.

Aus der Zeit stammt das Röntgengerät als wichtigste Maschine in der Halle gleich neben der neuen Lithium-Ionen-Anlage. Im Höchsttempo rauschen klassische Haushaltsbatterien jedes Typs durch ein System schmaler Röhrchen. Pro Sekunde werden 40 Batterien von Röntgenblitzen durchleuchtet und sofort per Druckluft in den richtigen Sammelbehälter gepustet. „Das System erkennt anhand der Grauschattierungen auf den Röntgenbildern die Art der Batterien“, erläutert Kuhlmann: „20 Jahre alt und immer noch weltweit Stand der Technik. Nicht schlecht, oder?“

Von Investition und Innovation

Mit einem Jahresvolumen von 25.000 Tonnen Altbatterien ist Redux Marktführer auf dem Kontinent. Die neue Anlage ist für eine Jahreskapazität von 10.000 Tonnen ausgelegt und kann neben Lithium-Ionen-Akkus auch herkömmliche Batterien aufarbeiten. Für den Eigentümer der Saubermacher AG, Hans Roth, sind die Entwicklungskosten von drei Millionen Euro eine gut angelegte Investition: „Wir sind für das absehbar steigende Mengenaufkommen weltweit gut gerüstet.“

Das Team von Roth will das Batterie-Recycling noch weiter verfeinern. Die Aktivmasse, die Redux mit der neuen Maschine zurückgewinnt und zum Extrahieren von Kobalt, Mangan und Nickel an pyro- und hydrometallurgische Unternehmen weiterleitet, hat einen Lithium-Gehalt von zwei bis drei Prozent. „Leider geht Lithium bei der weiteren Behandlung oft in die Schlacke oder in die Abluft über und ist hierdurch für die weitere Rückgewinnung nicht mehr wirtschaftlich verfügbar“, erläutert Kuhlmann den aktuellen Stand.

Deshalb haben Deutsche und Österreicher das nächste Forschungsprojekt gestartet, um künftig auch Lithium wirtschaftlich zurückzugewinnen. Obwohl die weltweiten natürlichen Lithium-Vorräte noch mindestens bis 2050 reichen, ist die Rückgewinnung aus alten Akkus ökonomisch interessant: Angesichts der rasant wachsenden Nachfrage für die Elektromobilität hat sich der Preis pro Tonne Lithiumcarbonat innerhalb eines Jahres auf 14.500 US-Dollar mehr als verdoppelt. (Saubermacher AG)

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(Foto: Saubermacher AG)


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