EarLiMet – Early Stage-Metallrückgewinnung für das energie- und ressourceneffiziente Recycling von Li-Ionen-Batterien

Im Projekt EarLiMet wird ein in erster Linie hydrometallurgischer Ansatz für das möglichst vollständige Recycling als Grundvoraussetzung für die Schließung von Stoffkreisläufen beim Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien verfolgt. Dieser bietet verglichen mit derzeitig überwiegend pyrometallurgischen Verfahren eine Reihe von Vorteilen, weil sich prinzipiell alle Wertstoffe zurückgewinnen lassen. Da vor allem Lithium bei herkömmlichen Recyclingverfahren weitgehend verloren geht, soll es bereits zu Beginn der Verfahrenskette aus der sog. Schwarzmasse zurückgewonnen werden, um die ansonsten nahezu unvermeidliche Dissipation über diverse Stoffströme des Gesamtprozesses zu vermeiden.

Dies geschieht auf elegante Weise durch Umsetzung mit CO2 zu Lithiumcarbonat, das nachfolgend herausgelöst wird. Auf diese Weise sollen 95% des Lithiums in Batteriequalität zurückgewonnen werden. Nachfolgend werden verbliebene Buntmetalle (Cobalt, Nickel, Mangan, Kupfer) sowie Elektrolytbestandteile chemisch ausgelaugt und auf die entsprechenden reinen Metalle bzw. auf reine chemische Verbindungen aufgearbeitet. Hierdurch sollen bisher kaum beachteten Emissionen toxischer und klimaschädlicher Fluorverbindungen in pyrometallurgischen Prozessen vermieden werden. Anfallende Laugungsrückstände werden zudem zur Gewinnung noch enthaltener Wertstoffanteile pyrometallurgisch behandelt, wobei eine schwermetallhaltige Schlacke entstehen soll. Die Eignung der Schlacke als Betonzuschlagstoff wird ebenfalls untersucht.

Die Kosteneffizienz und die Ressourcenbilanz von Recyclingprozessen wird nicht nur durch die Ausbringung der Wertstoffe und den direkten Aufwand hierfür bestimmt, sondern auch durch den Einsatz von Prozesschemikalien, Energie und Wasser. Dieser Aspekt muss daher frühzeitig Beachtung finden und wird in EarLiMet mit erheblichem Untersuchungsumfang zum internen Recycling von Prozesschemikalien und von Prozesswasser durchgeführt.

Final erfolgt eine umfassende Stoffstrombilanzierung basierend auf teilweise neuen analytischen Konzepten, die ebenfalls im Verbundprojekt entwickelt werden sollen. Maßnahmen zur analytischen Qualitätssicherung stellen dabei sicher, dass auch bei anzunehmender hoher stofflicher Variabilität zu verarbeitenden Schwarzmassen vergleichbare Ergebnisse erzielt werden und die Bilanzierung nach einheitlichen Methoden erfolgt.

Da ein vollständiges stoffliches Recycling, eine Reinheit der zurückgewonnenen Rohstoffe zur direkten Wiederverwendung (battery grade) und eine Minimierung der eingesetzten Energie und Prozesschemikalien angestrebt wird, haben die Ergebnisse enorme Praxisrelevanz für Recyclingunternehmen, Batteriehersteller und die Umwelt. Durch diesen holistischen Recyclingansatz wird zudem die Importabhängigkeit Deutschlands vermindert und die technologische Kompetenz und Wettbewerbsfähigkeit ansässiger Unternehmen gestärkt.

Kontakt

Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS

Hans-Jürgen Friedrich

Maria-Reiche-Str. 2, 01109 Dresden

ikts.fraunhofer.de

Projektlaufzeit

01.01.2021 – 31.12.2023

Beteiligte Partner