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Recycling von E-Auto-Batterien: aktuelle und neue Methoden

Recycling von E-Auto-Batterien: aktuelle und neue Methoden

Foto: Volkswagen

Alle Batterien − auch aus Elektroautos − müssen nach einer neuen EU-Richtlinie durch einen geschlossenen Kreislauf recycelt werden. Nicht nur weil das nachhaltiger ist, sondern auch, weil die darin enthaltenen Rohstoffe Lithium, Kobalt und Nickel knapp und teuer sind.

Viele Verfahren des Recyclings von E-Auto-Batterien sind heute noch kostspielig und energieaufwendig, doch es gibt vielversprechende Forschungsprojekte, mit denen eine effizientere Wiederaufbereitung möglich ist. Und es gibt weitere Möglichkeiten: So müssen ausgediente E-Auto-Batterien nicht gleich auf den Müll, sondern können ein „zweites Leben“ als hervorragende Energiespeicher fristen.

Christian Mascheck
Fachautor CRADLE

Viele Verfahren des E-Auto-Batterie-Recyclings sind heute noch kostspielig und energieaufwendig, doch es gibt vielversprechende Forschungsprojekte, mit denen eine effizientere Wiederaufbereitung möglich ist. Und es gibt weitere Möglichkeiten: So müssen ausgediente E-Auto-Batterien nicht gleich auf den Müll, sondern können ein „zweites Leben“ als hervorragende Energiespeicher fristen.

Ein Beitrag unserer Redaktion.

Was steckt alles in einer E-Auto-Batterie?

Hochvoltbatterie im Elektroauto — Die Hochvoltbatterie befindet sich meist in einem sogenannten Sandwich-Boden unterhalb der Sitze. Der Akku besteht aus mehreren Akkupacks, die zusammengeschaltet und in ein Gehäuse eingefasst sind.

Jedes E-Auto hat zwei Batterien:

die 12-Volt-Starterbatterie, die auch jedes Auto mit einem Verbrennungsmotor besitzt. Sie sorgt auch im E-Auto für den Betrieb von Verbrauchern und den Startvorgang.
die sogenannte Hochvolt-Batterie, welche den Stromspeicher für den Fahrstrom von Elektroautos darstellt. Um diese wird es in diesem Artikel hauptsächlich gehen.

In einer solchen Lithium-Ionen-Batterie mit zum Beispiel 50 kWh (Kilowattstunden) Kapazität befinden sich etwa 70 kg Graphit, 40 kg Nickel, 9 kg Kobalt, 12 kg Mangan und ca. 8 kg Lithium. Das Gehäuse der Batterie besteht aus 126 kg Aluminium, 252 Kilo Kupfer und rund 3 kg Stahl. Besonders Lithium, Nickel und Kobalt sind knapp und teuer. Häufig werden diese Materialien auch unter menschenunwürdigen Bedingungen in Dritte-Welt-Ländern gewonnen. Deshalb ist E-Auto-Batterie-Recycling sehr sinnvoll.

Montage: In der Zellfabrik für E-Auto-Batterien — Montage: In der Zellfabrik wird hier gerade der Batteriedeckel auf die miteinander verbundenen Zell-Module der E-Auto-Batterie montiert.

So funktioniert E-Auto-Batterie-Recycling heute

Die derzeit noch gängigste Praxis des E-Auto-Batterie-Recycling ist die thermische Aufschmelzung. Dabei werden die Batteriezellen eingeschmolzen. Durch die unterschiedlichen Siedepunkte werden die Materialien voneinander getrennt.

Diese Methode ist allerdings sehr energieaufwendig, denn man benötigt Temperaturen von bis zu 1450 Grad Celsius. Zwar können Kobalt, Nickel und Kupfer zu 95 Prozent wiedergewonnen werden. Doch weil Rohstoffe wie Graphit, Lithium, Aluminium und Elektrolyt verloren gehen, ist dieses Verfahren ineffizient. Hinzu kommt, dass giftige Gase entstehen und der eingeschmolzene Rest wie Atommüll in einem stillgelegten Bergwerk entsorgt werden muss. Die vielen Nachteile dieser Methode des E-Auto-Batterie-Recyclings haben dazu geführt, dass das Verfahren zukünftig wohl seltener angewendet werden wird.

E-Auto-Batterie-Recycling Schredder — In den Schredder: Der erste Schritt für das E-Auto-Batterie-Recycling ist das Zerteilen von entladenen Akkupacks.

Hydrometallurgie: das effektivere Verfahren

Ein anderes Verfahren nennt sich Hydrometallurgie: Zunächst wird der Akku komplett entladen und anschließend geschreddert. Die einzelnen Materialien werden mithilfe von Magneten und Sieben voneinander getrennt. Dann werden die Batteriereste in einer Säure gelöst. Anschließend werden die Metalle durch verschiedene Methoden wie Fällung, Ionenaustausch oder Elektrolyse aus der Lösung extrahiert. Hydrometallurgie hat den Vorteil, dass sie hohe Reinheitsgrade der Metalle erzielen kann, und weniger Energie verbraucht als andere Verfahren. Kupfer und Aluminium können fast vollständig recycelt werden. Lithium, Mangan, Nickel, Graphit und Kobalt immerhin zu einem hohen Anteil.

Viele Hersteller arbeiten derzeit an Herstellungsverfahren, um Batterien noch besser recyceln zu können. Sie versuchen, die Anzahl der verwendeten Materialien zu reduzieren, um Batterien genauso auseinandernehmen zu können, wie sie gebaut wurden. Man muss also die Wiederverwertung bereits beim Design der Batterien berücksichtigten – im Sinne einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft.

Neue EU-Batterieverordnung

Die EU hat eine neue Batterieverordnung erlassen, die am 17. August 2023 in Kraft getreten ist. Sie setzt hohe Standards für die Herstellung, die Rücknahme und das Recycling von Batterien.

Die Recyclingquote für Batterien wird von 50 auf 90 Prozent erhöht. Neue Batterien müssen einen bestimmten Anteil an recycelten Materialien enthalten, der je nach Rohstoff bis 2036 schrittweise angehoben wird. Hersteller müssen die Qualität und die Lebensdauer ihrer Batterien nachweisen und offenlegen.
Ab 2025 müssen Batterien einen CO₂-Fußabdruck ausweisen, der unter festgelegten Grenzwerten liegen muss.
Ab 2027 müssen Batterien einen Batteriepass mit einem QR-Code haben, der Informationen über die Zusammensetzung und die Zerlegung der Batterie enthält.

Fit für die Zukunft: Neue Methoden des E-Auto-Batterie-Recyclings

Werkshalle E-Auto-Batterie-Recycling — Blick in die Werkshalle von Primobius, einem großen Wiederverwerter von E-Auto-Batterien in Deutschland. Auf der linken Seite sieht man, wie die einzelnen E-Auto-Batterie-Akkupacks auf dem Transportband ihrer Demontage entgegenfahren.

Noch steckt das E-Auto-Batterie-Recycling in den Kinderschuhen. Das liegt daran, dass es noch viel zu wenige E-Autos gibt, der Rohstoffkreislauf noch nicht rund läuft und die Recyclingverfahren noch in der Erprobung sind. Bereits heute gibt es jedoch mehrere Forschungs- und Erprobungsansätze, wie die Verfahren zukünftig verbessert werden können.

So hat das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ein Verfahren entwickelt, das 70 Prozent des Lithiums einer E-Auto-Batterie recyceln kann – und das ohne die Zugabe von giftigen und gefährlichen Chemikalien. Die Batterien werden dabei geschreddert und zermahlen. Durch die Zugabe von Aluminium entsteht eine wasserlösliche Lithiumverbindung. Diese wird mit Wasser gemischt und erhitzt. Wenn das Wasser verdampft ist, bleibt Lithiumsalz zurück, das für neue Batterien verwendet werden kann.

Auch die Universität Münster erforscht im Projekt „ProRec“ ein Recyclingverfahren, bei dem Wasser als Lösungsmittel eingesetzt wird. Die Forscher möchten herausfinden, wie man das Aktivmaterial von den Batterien ablösen und andere wasserlösliche Materialien wie Lithiumsalze extrahieren kann.

Recycling-Iniativen von Unternehmen

Der Umweltdienstleister Interzero hat sich auf "Zero-Waste-Lösungen" und Recycling spezialisiert. Seine Spezialität: Sie nehmen die Batterien von E-Autos wieder zurück und bereiten sie auf. So können wertvolle Rohstoffe im Kreislauf gehalten und weitergenutzt werden.

Der Schweizer Elektrofahrzeug-Hersteller Kyburz bereitet sogar ganze E-Autos nach der Nutzung wieder zu neuen Fahrzeugen auf. Dazu gehört auch die Wiederaufbereitung der enthaltenen Batterien. 91% der verwendeten Rohstoffe können so wiederverwendet werden.

Bilder oben: Oliver Groux (l.) und Martin Kyburz (r.) vor der Anlage für das Recycling von Lithiumeisenphosphat-Batterien

In diesem Artikel über den Cradle-to-Cradle-Kongress 2023 berichten wir über zwei weitere Ansätze des E-Auto-Batterie-Recycling beim Umweltdienstleister Interzero und dem Schweizer Elektrofahrzeug-Hersteller Kyburz: C2C Congress: 5 nachhaltige Ideen, die sich auch wirtschaftlich lohnen

Rohstoffe E-Auto-Batterie-Recycling — In Kuppenheim hat Mercedes Benz den Grundstein für eine eigene E-Auto-Batterie-Recycling-Fabrik eröffnet. Zum Pressetermin zeigen die Verantwortlichen, was sich über E-Auto-Batterie-Recycling zurückgewinnen lässt: Kobalt (Co), Aluminium (Al), Nickel (Ni), Mangan (Mn) und Kohlenstoff (C).

Vor dem E-Auto-Batterie-Recycling kommt das „Second Life“

Second Life für E-Auto-Batterien — Eine typische Second-Life-Anwendung: In Heilbronn nehmen Audi und EnBW nachhaltige Energiespeicher mit Second-Life-Batterien in Betrieb.

Erst nach zehn bis zwölf Jahren hat eine Autobatterie ausgedient. Doch nach mehreren Tausend Ladezyklen und etwa 160.000 Kilometern haben die Akkus immer noch 70 bis 80 Prozent ihrer Speicherkapazität. Viel zu schade, um sie dem Recycling zu übergeben!

Daher eignen sie sich noch hervorragend als stationärer Energiespeicher. Denn weil es keine Beschleunigungs- und Rekuperationsphasen mehr gibt, erfolgt das Laden und Entladen langsamer und verlangt der Batterie weniger Leistung ab. Batterien mit reduzierter Ladekapazität eignen sich als Powerbank und werden seit 2020 von VW als Schnellladesäulen in Serie hergestellt. Messungen zu Alterungsprozessen im Labor zeigen, dass die Batterie als Speicher noch zehn bis zwölf Jahre arbeiten kann, bis sie nur noch 30 Prozent Kapazität hat. Eine Autobatterie muss also erst nach 20 Jahren endgültig recycelt werden.

Bilder oben: Aufbereitung eines gebrauchten E-Fahrzeugs von Kyburz zu einem neuen Secondlife-Fahrzeug.

BMW nutzt bereits einen Speicher aus 700 zusammengeschalteten Akkus zum Speichern von Wind- und Solarenergie für die Produktion. Am Fährterminal im Hamburger Hafen steht ein ähnlicher Großspeicher. Da die Energiewende künftig Speicher zum Überbrücken von Phasen des Strommangels erfordert, baut Baden-Württemberg bis Ende 2025 einen Großspeicher in Batteriecontainern mit einer Kapazität von 250 Megawatt. Für einen privaten Haushalt würde übrigens schon ein Speicher mit einer Kapazität von „nur“ 20 kWh genügen. Die normalerweise als Hausbatterien für private Photovoltaikanlagen verkauften Speichersysteme liegen häufig sogar darunter.

Lange Garantiezeit

Die meisten Hersteller ersetzen die E-Auto-Batterie ohne Kosten, falls sie innerhalb von acht Jahren oder 160.000 Kilometern weniger als 70 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität aufweist. Solche großzügigen Garantien sollen das Vertrauen in die Batterien erhöhen, denn sie sind sozusagen das Herzstück der neuen Technologie. Die Akkulebensdauer des EQS von Mercedes-Benz beträgt sogar zehn Jahre oder 250.000 Kilometer, je nachdem, was zuerst eintritt.

E-Auto-Batterie-Recycling - E-Auto vor Bergpanorama — Wenn das E-Auto-Batterie-Recycling in Schwung kommt, wird aus dem Elektroauto ein durch und durch nachhaltiges Fortbewegungsmittel.

Fazit: So funktioniert E-Auto-Batterie-Recycling in der Praxis

In einer E-Auto-Batterie stecken viele kostbare Rohstoffe, daher ist E-Auto-Batterie-Recycling nachhaltig.
Thermische Aufschmelzung und hydrometallurgische Verfahren sind die gängigsten Recyclingmethoden.
Hochschulen und Institute arbeiten an effektiven, umweltfreundlichen Recyclingverfahren.
Second Life: Ausgediente Batterien aus Elektrofahrzeugen leisten als Energiespeicher noch bis zu zehn Jahre gute Dienste.