Akkumulatoren-Recycling durch ACCUREC

ACCUREC bleibt ihrer Kernkompetenz treu: Logistik und Verwertung von Altbatterien aus einer Hand. Ihr europäisches Alleinstellungsmerkmal, alle Akkusysteme recyceln zu können, wird das mittelständische Unternehmen weiter ausbauen.

Batterien und Akkumulatoren sind aus dem modernen Alltag nicht mehr wegzudenken. Handys, Laptops, Gartengeräte und E-Bikes sind typische Beispiele dafür, dass immer neue Anwendungen erschlossen werden, um dem Endverbraucher neue, komfortablere Produkte anbieten zu können. Der wachsende Leistungsanspruch der Konsumenten führt zu immer komplexeren Materialkompositionen der Batterien, deren Einzelstoffe meistens umweltrelevant sind. Dies ist der treibende Grund, weshalb der Gesetzgeber 2006 europaweit eine spezifische Gesetzgebung für Altbatterien ins Leben gerufen hat. Die Batteriedirektive EU/66/2006 ordnet eine gesonderte Rückgabe- und Sammlungspflicht für Altbatterien an und definiert Mindestsammelquoten. Darüber hinaus bestimmt sie die stoffliche Verwertung einschließlich qualitativer Mindestansprüche an die Verwertungsprozesse.

Foto: ACCUREC Recycling GmbH

Betriebsstätte Mülheim/Ruhr, Recycling von Nickel-Cadmium- und Nickel- Metallhydrid-Batterien, Sortierung von Batteriegemischen, genehmigte Kapazität: 4.000 Jahrestonnen, Emissionen: <0,002 g/h Cd, <0,0001 g/h Ni (Foto: ACCUREC Recycling GmbH)

Der Elektrifizierungstrend nahm bereits in den 1980er Jahren seinen Anfang, als der sogenannte Nickel-Cadmium-Akkumulator die leistungsstärkste Variante wiederaufladbarer Batterien darstellte. Viele tausend Tonnen dieses Akkutyps wurden jedes Jahr in wachsendem Umfang verkauft. Trotz des enthaltenen hochwertigen Nickels gestaltete sich das Recycling schwierig, denn mittlerweile waren die Gefahren im Umgang mit Cadmium bekannt und reglementiert. Bereits geringe Emissionen von Cadmium und seinen Verbindungen können zu frühzeitigen Krebserkrankungen und erheblichen Umweltschäden führen.  Nach seiner Nutzungszeit nahm damit auch der NiCd-Akku seinen Weg in den Abfallstrom, und setzte das Thema Schwermetalle in End-of-Life-Produkten wieder auf die Tagesordnung. Nach ersten freiwilligen Rücknahmeversuchen der Industrie erfolgte Ende der 1990er Jahre die erste gesetzlich verpflichtende Rücknahme von schwermetallhaltigen Batterien im deutschsprachigen Raum. Diese Nische wussten die Gründer der ACCUREC zu nutzen und installierten 1996 eine Destillationsanlage, zunächst im Versuchsmaßstab. Und ab 1998 stellte ACCUREC die erste ausgereifte Recyclingtechnik für haushaltsübliche NiCd-Batterien in Deutschland zur Verfügung. Gerade wegen der umweltsensiblen Inhaltsstoffe entschieden sich die Entwicklungsingenieure von vornherein für eine Prozesstechnik mit maximalem Emissions- und Arbeitsplatzschutz. Dies gelang mit vakuum-destillativer Metallurgie – eine technisch anspruchsvolle, aber sichere Behandlungsart für schwermetallhaltige Abfälle.

Gesicherte Entsorgung – gefragte Industriemetalle

Im Kern besteht die Anlagentechnik heute aus einer Verdampfungs- und einer Kondensationszone. Akkus werden zunächst mittels Prallmühlentechnik ohne weitere Beschädigung von ihrem Kunststoffmantel befreit und anschließend in spezielle, hochwarmfeste Behälter gefüllt. Diese führt ein Kran in einen Quarzrohrinduktionsofen ein, der vakuumdicht verschlossen und auf circa 50 Millibar evakuiert wird. Eine Eingangstest-Routine prüft das System auf Dichtigkeit, bevor der Chargierbehälter von der umliegenden Induktionsspule aufgeheizt wird. Auf verschiedenen Temperaturniveaus werden zunächst separat Wasser (aus dem Elektrolyten), Kunststoffe und schließlich das Cadmiummetall der Anode verdampft und in einem der nachgeschalteten, temperierten Kondensatoren wieder abgeschieden. Dies geschieht alles innerhalb des Vakuumsystems, sodass lediglich ein Aktivkohlefilter als Eventualfilter den Vakuumpumpen nachgeschaltet werden muss. Die Reinheit zum Beispiel des rückgewonnenen Cadmiums erreicht dank der selektiven Technik, aber auch der zusätzlichen, prozessvorgelagerten Detailsortierung der Altbatterien 99,95 Prozent innerhalb eines Behandlungsschrittes – hervorragend geeignet, um unmittelbar wieder als Produkt eingesetzt zu werden. Im Verlauf der letzten 15 Jahre wurden vier Vakuumöfen in Eigenregie gebaut und in Betrieb genommen. Jährlich führt ACCUREC am Standort Mülheim an der Ruhr dem Wirtschaftskreislauf damit weit über drei Millionen Kilogramm gefragter Industriemetalle wieder zu und sichert so die Entsorgungsmöglichkeit der NiCd- und NiMH-Batterien im Umkreis von 1.000 Kilometern.

Schema Vakuumofen (Grafik: ACCUREC)

Schema Vakuumofen (Grafik: ACCUREC)

Eine signifikante Veränderung der verkauften Akkusysteme stellte sich um die Jahrtausendwende ein, als ein Teil der NiCd-Batterien durch den neueren Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH) ersetzt wurde. Auch der Siegeszug des leistungsstarken Li-Ion-Batteriesystems nahm nun seinen Lauf, das durch seine Performance, flexible Bauform und immer höhere Leistungsdichten neue Anwendungsgebiete für schnurlose Geräte erschloss. Die Weiterentwicklung der Li-Ion-Technik lässt sich an der Grafik rechts als ungewöhnliche Erfolgsgeschichte ablesen und beendete schlussendlich die Karriere der veralteten NiCd-Batterie, die ab 2017 einem Verkaufsverbot in der EU unterliegt. Doch ist ein Verkaufsverbot nicht gleichzusetzen mit dem Aus für Destillationsöfen. Nutzungszeit und Hoarding-Effekt (Periode zwischen Ende der alltäglichen Nutzung und der tatsächlichen Entledigung des Altgerätes) führen zu einem verzögerten Rücklauf, der für NiCd-Akkus bei mehr als zehn Jahren liegt. Mit einer weiteren Auslastung der Recyclingöfen von gut einer Dekade ist damit sicher auszugehen. Eine deutlich kürzere Rücklaufzeit ist für die Li-Ion-Akkumulatoren zu beobachten und auf verschiedene Gründe zurückzuführen:

Grafik: ACCUREC

Grafik: ACCUREC

■    Li-Ion-Akkus verfügen nicht über die gleiche Zyklenbeständigkeit und Schnellladungsfähigkeit wie zum Beispiel NiCd-Batterien;
■    die elektrischen Geräte (zum Beispiel Handys), in denen Li-Ion-Akkus verbaut sind, unterliegen häufig modischen Trends beziehungsweise kürzeren Modellzyklen;
■    Akkus werden grundsätzlich nur in Verbindung mit Betriebsmanagementsystemen (BMS) verbaut, die bei geringen Abweichungen der Solldaten das System Batterie unwiderruflich abschalten.

Grafik: ACCUREC

Grafik: ACCUREC

Demzufolge wäre ein hoher Rücklauf verbrauchter Li-Ion-Akkus zu erwarten. Doch mangelnde Effizienz der Batteriesammlung und eine geringe Demontagequote von Batterien aus elektrischen Altgeräten führt eigenen Untersuchungen zufolge zu einem deutlich geringeren Abfallaufkommen der Li-Ion-Akkus, wie die Grafik (links) für 28 EU-Mitgliedsstaaten wiedergibt. Gegenüber circa 3.000 Tonnen Li-Ion-Akkus, die heute in europäischen Ländern für das Recycling gesammelt werden, erwartet man eine Steigerung auf 8.000 Tonnen im Jahr 2020. Doch ist dies nur ein Bruchteil der 38.000 Tonnen Li-Ion-Batterien, die der Endverbraucher im Jahr 2020 entsorgen möchte. Augenscheinlich muss hier die Sammelrate genauso wie die Demontagemöglichkeit von Li-Ion-Akkus aus Altgeräten verbessert werden. Trotz konservativer Massenstromperspektiven hat sich ACCUREC entschlossen, sich frühzeitig dem Thema Li-Ion-Batterierecycling zu widmen. Mit dem ersten Förderpaket der Bundesregierung zur Elektromobilität erhielt ACCUREC in Zusammenarbeit mit der Technischen Hochschule Aachen (IME) den Zuschlag durch das Bundesministerium für Umwelt, eine Demonstrationsanlage für das Recycling elektromobiler Li-Ion-Speicher zu entwickeln. Mit Abschluss dieses begleitenden Forschungsprojektes „EcoBatRec“ im Mai 2016 konnte ACCUREC damit die erste vollwertige Recyclinganlage für diesen Akkutyp in Deutschland in Betrieb nehmen.

Grafik: ACCUREC

Grafik: ACCUREC

Die Prozesskette ist in der Grafik links schematisch wiedergegeben. Li-Ion-Bat­terien werden zunächst nach Subsystemen sortiert, verpackt und mittels einer atmosphärischen Niedertemperaturbehandlung deaktiviert sowie von organischen Bestandteilen und Halogenen befreit. Dies geschieht in einer der modernsten deutschen Drehrohranlagen am Standort Leverkusen. Sie wird betrieben durch die Firma Currenta GmbH, einem Gemeinschaftsunternehmen der Bayer AG und Lanxess AG. In einer strategischen Allianz haben ACCUREC und Currenta diesen Teilschritt entwickelt und optimiert. Mit Unterzeichnung eines Langfristvertrages haben die Unternehmen auf der Münchener IFAT im Juli 2016 die exklusive Kooperation bis 2021 verlängert.

Das Entwicklungsziel langjähriger Anstrengungen

Die Li-Ion-Akkus werden in Kampagnen bis zu 500 Tonnen – nach Subsystemen (LCO, NCM, LiP etc.) getrennt – behandelt, verpackt und an ACCUREC zurückgeliefert. Nach mechanischem Aufschluss der Zellgehäuse werden anschließend die enthaltenen Metalle mittels einer komplexen Trenntechnik in zwölf verschiedenen Behandlungsstufen separiert. Somit können mit geringster Querkontamination die Metallfraktionen Stahl, Edelstahl, Kupfer, Aluminium und Kobalt-Nickel-Konzentrat wiedergewonnen werden. Das Spektrum der Outputfraktionen symbolisiert damit das Entwicklungsziel langjähriger Anstrengungen: alle enthaltenen Metalle in hoher Reinheit zurückzugewinnen und erstmals die gesetzlich geforderte Mindestrecyclingquote von 50 Prozent technisch zu überschreiten.

Zudem werden die Metallfraktionen in einem frühzeitigen Stadium in die jeweilige Metallgewinnungskette eingegliedert und beeinflussen damit maßgeblich die LCA-Betrachtung (Life Cycle Assessment) des EcoBatRec-Verfahrens. Die positive ökonomische und ökologische Bilanz des Verfahrens wird in den kommenden Monaten vom Ökoinstitut Darmstadt veröffentlicht. Das ausgereifte EcoBatRec-Verfahren steht aber auch im Wettbewerb zu vereinfachten Verfahrensansätzen (zum Beispiel Schreddern und Verbrennen), die rein auf die Senkung von Behandlungskosten ausgerichtet sind. Sie berücksichtigen aber weder die gesetzlich geforderten Rückgewinnungsquoten noch die toxischen Emissionen, die beim Schreddern von Li-Ion-Batterien entstehen. Pro Tonne Batterien werden dabei ungefiltert bis zu zehn Kubikmeter halogenhaltiger, organischer Abgase bei hohem Explosionsrisiko abgegeben – eine umweltpolitisch nicht zu vertretende Entwicklung. Unter Berücksichtigung haushaltsüblicher Li-Ion- und Primärzellen stellt ACCUREC heute dem Entsorgungsmarkt mit seiner innovativen Technik eine Kapazität mit zunächst 4.000 Jahrestonnen zur Verfügung. Mit über zehn Millionen Euro Investition in den neuen Hauptstandort im Krefelder Hafen signalisiert ACCUREC das nachhaltigste Engagement dieser Branche in Europa. Auf vier Hektar und einer Genehmigungskapazität von 60.000 Tonnen pro Jahr entsteht damit der größte Recyclingstandort für moderne Batteriesysteme in der EU.

Foto: ACCUREC

Foto: ACCUREC

Damit bleibt ACCUREC ihrer Kernkompetenz als mittelständischem Unternehmen treu: Logistik und Verwertung von Altbatterien aus einer Hand. Sein europäisches Alleinstellungsmerkmal, alle Akkusysteme recyceln zu können, wird das Unternehmen weiter ausbauen. Mit insgesamt vier nationalen und europäischen Forschungsprojekten (CloseWeee, HELIS, ALION, ZnMobil) begleitet ACCUREC in frühem Stadium alle innovativen Entwicklungen der Batterietechnik, um Herstellern und Entsorgungswirtschaft weiterhin das gesamte Spektrum pyro- und hydrometallurgischer Recyclingtechnik anbieten zu können: ein Grund, warum ACCUREC nach vielen fachspezifischen Ehrungen 2012 für sein Gesamtengagement mit dem Deutschen Rohstoffeffizienzpreis ausgezeichnet wurde.

www.accurec.de

Fotos/Grafiken: ACCUREC Recycling GmbH

(EUR1116S12)