Lithium-Ionen-Batterien: Im Auf- und Gegenwind
Die momentane Produktion für Lithiumcarbonat (Li2CO3) liegt bei rund 170.000 Tonnen und wird auf rund das Doppelte im Jahr 2023 geschätzt, insbesondere bedingt durch den zu erwartenden Anstieg von Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen.
Primär wird das Material aus Salzlagern gewonnen, die insbesondere in Chile, Argentinien und Bolivien eine hohe Konzentration aufweisen. In etwa gleicher Menge kommt das Lithiumsalz in verschiedenen chemischen Verbindungen mit Mineralien vor. Hauptlieferanten sind Chile, China, Bolivien, Argentinien und Australien. Das gelöste Lithiumsalz wird konzentriert und hydrometallurgisch geläutert; aus mineralischen Verbindungen lässt es sich durch verschiedene physikalische, thermische und chemische Behandlung herauslösen. Angesicht zeitweise hoher Herstellungskosten wird in nächster Zeit darauf zu achten sein, bei der Gewinnung von Primärmaterial die Energieanforderungen, den Reagenzienverbrauch sowie Verluste und Abfälle zu mindern und die Reinheit von Li2CO3 und LiOH zu steigern.
Als Sekundärquelle stehen verbrauchte Lithium-Ionen-Batterien zur Verfügung; das Interesse an ihrer Verwertung wird jedoch in erster Linie durch ihren Cobalt- und Nickel-Gehalt geweckt: Cobalt erzielt am Markt einen Preis von 25 bis 55 US-Dollar pro Kilogramm, Nickel 10 bis 25 US-Dollar. Im Akku-Paket eines Elektrofahrzeugs nimmt die Batteriezelle 30 Prozent ein, und 33 Prozent dieser Zelle sind Kathoden-Material: Die Kathode besteht zu 60 Gewichtprozent aus Cobalt und zu 7,1 Prozent aus Lithium, die Zelle zu 20 Gewichtprozent aus Cobalt und zu 2,2 Prozent aus Lithium. Allerdings steckt in einer Elektroauto-Batterie im Wert von 200 bis 250 Euro pro Kilowattstunde lediglich Elektrodenmaterial für 30 Euro, während andere Komponenten sich auf 80 Euro Wert belaufen. Das eigentliche ökonomische Interesse am Recycling besteht daher an LCO-Batterien (19 Gew% Cobalt und 2,2 Gew% Lithium), NMC-Batterien (6,2 Gew% Cobalt, 6,2 Gew% Nickel und 2,2 Gew% Lithium) und NCA-Batterien (2,7 Gew% Cobalt, 14 Gew% Nickel und 2,2 Gew% Lithium).
Standard-Recyclingverfahren vonnöten
Aus den verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien werden nach Vorbehandlung pyrometallurgisch durch Schmelzen und Raffinieren Cobalt und Nickel separiert, während Leaching, Reinigung und Trennung zur hydrometallurgischen Rückgewinnung von einerseits Li2CO3 und andererseits Cobalt- und Nickel-Metallen und -Salzen führt. Kathodenmaterial zur Herstellung von Sekundärrohstoffen muss jedoch mit etlichen Herausforderungen fertig werden: Das Material und seine Zusammensetzung sind technischen Änderungen und ihr Erlös Marktschwankungen unterworfen. Ein Paradigmenwechsel in der Batteriechemie könnte Verluste oder das Aus für die Lithiumseparation bedeuten. Und deren Zukunft wird stark davon abhängen, wie sich der Elektroauto-Markt entwickelt und inwieweit die elektrochemische Speicherung von Energie im Stromnetz Anwendung finden wird.
Sicherlich ist in nächster Zeit von einem deutlichen Anstieg von Lithium-Ionen- und industriellen Sekundärbatterien auszugehen. Doch noch ist kein Recyclingverfahren als Standard vorhanden, was dem geringen Aufkommen an Rückläufen und den unklaren Stoffströmen der Komponenten geschuldet ist. Für vergleichbare Abfallströme stehen nur begrenzte Recyclingoptionen offen. Und das resultierende Recyclingmaterial bietet nur eingeschränkte Verwendungsmöglichkeiten als Rohstoff für die Industrie. Somit sind weitere Forschung und die Einigung auf Standard-Recyclingverfahren vonnöten. Außerdem sollte – angesichts reduzierter Recyclingmöglichkeiten – der Schwerpunkt zwingend auf Kostenminimierung gelegt werden.
Der Beitrag basiert auf den Vorträgen von Carlos Nogueira (LNEG-UER, Lisbon, Portugal) und Achim Roesner (Berode GmbH, Köln) auf dem 22. Internationalen Batterie-Recycling-Kongress am 20. und 21. September 2017 in Lissabon.
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(EU-Recycling 12/2017, Seite 32)
