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Business Energie Mobilität

E-Auto-Batterien: Second Life vs. Recycling

30.04.2022
von Akvile Arlauskaite

Was passiert mit ausgedienten E-Auto-Batterien? «Fokus» fragte bei Jodok Reinhardt nach, CEO einer Recyclingfirma von Lithium-Ionen-Batterien.

Jodok Reinhardt
CEO Librec AG

Herr Reinhardt, ab welchem Zeitpunkt gilt eine E-Auto-Batterie als ausgedient? 

Diese gelten als ausgedient, sobald deren Kapazität auf rund 70 bis 80 Prozent abgesunken ist.

Welche Gründe sprechen dafür, die Lebensdauer von E-Auto-Batterien möglichst zu verlängern?

Die führende Technologie für E-Auto-Batterien basiert hauptsächlich auf den Elementen Nickel, Lithium, Mangan, Kobalt und Grafit, deren Gewinnung mit enormen negativen Umwelteinwirkungen verbunden ist. Man benötigt riesige Flächen, beschädigt die Erdkruste in grossem Stil und verbraucht vor allem bei der Gewinnung von Lithium sehr viel Wasser.

Zudem wird auf dramatische Weise in die sozioökonomische Struktur an den betroffenen Standorten eingegriffen. Der Abbau von Kobalt findet zu einem grossen Teil im Kongo statt, wo die Arbeitsbedingungen kaum kontrolliert werden können. Es kommt zu Kinderarbeit und Arbeitsunfällen.

Da die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien sehr viel Energie benötigt, ist es nachhaltig und ökonomisch, die Produkte so lange wie möglich im Einsatz zu behalten und die wertvollen Inhaltsstoffe anschliessend wiederzuverwenden.

Welche Faktoren entscheiden darüber, ob E-Auto-Batterien ein zweites Leben ermöglicht wird oder ob diese recycelt werden?

Hier sind primär technische Kriterien relevant. Spezialisierte Firmen nehmen eine elektrochemische Analyse der ausgedienten Batterie vor. Dabei wird zum einen die «State-of-Health» ermittelt, also ob die Zelle performant ist und sicher eingesetzt werden kann. Zum anderen wird die «State-of-Charge» bestimmt, genauer die Kapazität, die noch erreicht werden kann. Daraufhin wird entschieden, ob es sich lohnt, eine solche Zelle nochmals zehn oder zwanzig Jahre länger zu nutzen oder ob diese rezykliert werden soll.

Welche Methoden gibt es, um ausgediente E-Auto-Batterien für ein zweites Leben fit zu machen?

Es gibt verschiedene Ansätze, die kontinuierlich weiterentwickelt werden. Einige Unternehmen setzen die Batterien direkt nach der Analyse als ganzes System wieder ein. Eine weitere Methode ist, auf die Zellebene herunterzugehen. Dabei werden die Zellen exakt ausgemessen und in ein neues Gehäuse eingebaut. So entstehen wieder neue Batterien.

Wofür können diese Second-Life-Batterien verwendet werden?

Für diese gibt es zahlreiche Einsatzmöglichkeiten. Beispielsweise finden solche Batterien Anwendung im Light-Mobility-Bereich, also in leichteren Fortbewegungsmitteln wie Kommunalfahrzeugen, Rollstühlen, Gabelstaplern oder Golfkarren. Eine weitere Option sind stationäre Anwendungen.

Irgendwann ist die Kapazität infolge chemischer Alterungsprozesse auf unter 50 Prozent gesunken.

So wurden Second-Life-Batterien etwa in der Amsterdam Arena installiert, um die Notstromversorgung sicherzustellen. Im grösseren Stil werden solche in sogenannten Batteriefarmen eingesetzt, um erhebliche Mengen an Energie zu speichern, die später bei Bedarf zur Unterstützung hoher Netzlasten dient.

Weiter können Hauseigentümer:innen Second-Life-Batterien zur Speicherung erneuerbarer Energie einsetzen oder eine Powerwall installieren, um das E-Auto in der eigenen Garage aufzuladen.

Was passiert mit den ausgedienten Batterien nach ihrem zweiten Leben?

Irgendwann ist die Kapazität infolge chemischer Alterungsprozesse auf unter 50 Prozent gesunken. Da es inzwischen hocheffiziente Recyclingtechnologien gibt, die das nahezu vollständige Recycling der Batterien ermöglichen, ist es aus ökonomischer und ökologischer Sicht nicht mehr sinnvoll, das Produkt weiter einzusetzen.

Welche Methoden gibt es für das Recycling von E-Auto-Batterien?

Ursprünglich wurden die Batterien bei mehreren tausend Grad eingeschmolzen – ein sehr energieintensiver Prozess mit nur geringen Rückgewinnungsraten. Als Nächstes kam die Pyrolyse, wobei die Batterien in Drehrohröfen bei circa 1000 °C verbrannt werden.

Statt Wärmeenergie zu verwenden, werden die Batterien mechanisch in einzelne Elemente zerlegt.

Seit einem Jahrzehnt wird intensiv an kalten Recyclingverfahren geforscht. Statt Wärmeenergie zu verwenden, werden die Batterien mechanisch in einzelne Elemente zerlegt. Dabei kann eine Rückgewinnungsrate von über 90 Prozent aller Komponenten erreicht werden. Die zurückgeführten Materialien gehen anschliessend vollständig in die Fertigung neuer Batterien ein – Stichwort «Closed Loop».

Inwiefern ist das kalte Recyclingverfahren gegenüber den anderen weniger gefährlich?

Da nichts eingeschmolzen respektive verbrannt wird und die Batterien vor der Zersetzung tiefentladen werden, ist der Prozess viel besser kontrollierbar und somit sicherer. Bei den warmen Verfahren fehlt dieser Schritt, wodurch der Elektrolyt Feuer fangen kann und im Prozess giftige Abgase, Dämpfe sowie Stäube entstehen können.

Wie kann die Effizienz des Recyclingprozesses erhöht werden?

Das Recycling der Lithium-Ionen-Antriebsbatterien ist technisch gelöst und wird aktuell an vielen Orten in Europa industriell umgesetzt. Mit modernen Verfahren können alle relevanten Stoffe beinahe vollständig zurückgewonnen und wieder der Produktion neuer Batterien zugeführt werden.

Dabei wird beispielsweise durch den Wiedereinsatz der durch die Tiefentladung rückgewonnener Energie der CO₂-Fussabdruck vermindert. Ferner wird der Elektrolyt immer effizienter und vollständiger getrocknet. Es gilt, maximale Trocknung mit minimalem Energieeinsatz zu erreichen. Zusätzlich können die Wertstoffe Aluminium und Kupfer durch bessere Entschichtung der Elektroden rückgewonnen und rezykliert werden. Auch die Wiedergewinnung des Grafits und des Leitsalzes sind in Vorbereitung und stehen kurz vor der industriellen Umsetzung.

Welche künftigen Entwicklungen sehen Sie im Bereich Recycling und zweites Leben von E-Auto-Batterien in der Schweiz?

Sowohl die Konsumierenden als auch alle anderen Stakeholder sind sehr an einem sicheren Prozess mit hoher ökologischer, energetischer und stofflicher Effizienz sowie der Vermeidung von Emissionen und Deponien interessiert. In diesem Zusammenhang ist zudem der Transport zu erwähnen, der nicht nur einen grossen Kostenfaktor darstellt, sondern auch mit gewissen Risiken verbunden ist, da die zu befördernden Batterien noch nicht tiefentladen sind. Dieses Risiko sollte minimiert werden, indem die Batterien möglichst lokal recycelt werden, statt sie über lange Distanzen zu transportieren.

Wie es konkret weitergeht, hängt jedoch von der Batterietechnologie selbst ab. Diese hat sich in den letzten Jahren verändert und es wird weiterhin intensiv geforscht. Bis 2030 soll die neue E-Auto-Batterietechnologie auf Basis von Feststoffelektrolyten die derzeitige ablösen. Die Recyclingbranche hat aber auch diese Herausforderung technisch schon fast gemeistert und hat noch genug Zeit, ihre Prozesse zu optimieren, bis die ersten derartigen Batterien ins Recycling gelangen.

Interview Akvile Arlauskaite

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