Batterierecycling im Wandel

We are all in full development“, meinte Sybolt Brouwer von Umicore auf dem 19. Interna­tionalen Kongress für Batterierecycling vom 24. bis 26. September in Hamburg. Und tatsächlich beleuchtete der Kongress den Wandel der Branche: am ersten Tag hinsichtlich Gesetzgebung und Sammelleistung, am zweiten Tag mit Blick auf Sicherheit und Technik.

Auf die Brandgefährlichkeit von Lithium-Batterien ging Jean-Pol Wiaux (Recharge, Belgien) in seinem Vortrag ein. Dabei liegen die Gefahren nicht nur in der chemischen Beschaffenheit der Batterien selbst, sondern auch in der Verbreitung, die vielen Benutzern nicht bekannt ist, und in falscher Etikettierung oder Deklarierung. Darüber hinaus erhöht sich das Risiko, wenn mehrere Batterie-Anwendungen an einer Stelle zusammentreffen – beispielsweise in der Luftfahrt, wo Passagiere mit unterschiedlichsten elektronischen Geräten und Luftfracht zusammen kommen. Eine internationale Statistik weist aus, dass ab 2006 jährlich mehrere Brände in der Luftfahrt auf Batterien oder batteriebetriebene Geräte zurückzuführen waren. Die Spitze wurde im Jahr 2007 erreicht, als sich zwölf Unfälle ereigneten, sieben im Passagier- und fünf im Cargo-Bereich. Um die Ausbreitung von Batteriebränden bei Luftfracht, Personenwagen und im Lagerbereich zu vermeiden, stehen inzwischen eine Reihe von Verhaltensvorschriften und Ratgebern online zur Verfügung. Darüber hinaus wurde im Oktober 2012 ein spezieller Stückgut-Behälter vorgestellt: Von Mitarbeitern der nordamerikanischen Federal Aviation Administration und dem National Transportation Safety Board beobachtet, konnte der Behälter vier Stunden lang ein Feuer mit Temperaturen bis zu 650 Grad Celsius unter Kontrolle halten. Angesichts von Milliarden neuer Batteriezellen jährlich forderte Jean-Pol Wiaux abschließend die Implementierung von Qualitäts- und Sicherheits-Standards, die Einhaltung der Vorgaben der UN Mustervorschriften für den Transport gefährlicher Güter sowie eine Koordinierung auf internationaler Ebene.

Sicherheit durch Sand

Auf Risiken und deren Minimierung ging auch Michael Green (G&P Batteries Ltd., Vereinigtes Königreich) ein. Er beklagte mangelndes Bewusstsein bei Batterie-Benutzern, die auch Restmüll und Straßenabfälle in die gemischte Sammlung geben würden. Angesichts der Brandgefahren schlug Michael Green daher eine Risiko-Klassifizierung aller Materialien vor der Sammlung vor, die je nach Typ definiert, wie lange und in welcher Höchstmenge die Batterien vor der Behandlung gelagert werden sollten. Eine Checkliste erleichtert die Entscheidung, ob das Material und die Verpackung gesichtet und schließlich gesammelt werden kann. Zusätzliche Sicherheit bieten das Briefen des Transporteurs und eine abschließende Inspektion auf dem Firmengelände des Entsorgungsunternehmens. In der anschließenden Session zum Thema Sicherheit stellte unter anderem Qiaoyan Pan (Accurec Recycling GmbH, Deutschland) Untersuchungen zum besten Verpackungsmaterial für den Transport von Lithium-Ionen Batterien vor. Ihr Fazit: Bei der Auswahl sollte nicht nur auf die thermische Leitfähigkeit, sondern auch auf die Wärmekapazität des Materials geachtet werden. Die vergleichsweise besten Ergebnisse wurden mit Sand erzielt. Und: Sand ist wirtschaftlich konkurrenzfähig.

Neu: das PGNAA-Verfahren

In der ersten Technologie-Session präsentierte Jan Sletsgaard (Force Technology, Dänemark) die Vorteile des PGNAA-Verfahrens – der Prompt Gamma Neutron Activation Analysis. Das Gammaspektrum, das die Nuklide eines Elements unter bestimmten Bedingungen aussenden, ist einzigartig und ermöglicht die Identifikation des Elements. Da das Gammaspektrum komplex und die Signale nicht immer eindeutig sind, ist zur Auswertung eine ausgeklügelte, multivariante mathematische Analyse notwendig. Mithilfe des PGNAA-Verfahrens ist es dann möglich, Lithium-Ionen- von Nickel-Cadmium-Batterien zu unterscheiden. Allerdings lässt sich die Methodik bislang nur auf die jeweilige Anlage zuschneiden; als Standardverfahren will Jan Sletsgaard es nicht verstanden wissen. Die Studie, die Elien Haccuria (Pyrosearch, University of Queensland, Australien) vorstellte, befasste sich mit unterschiedlichen Materialphasen während der Batterieschmelze. In einem triangulären Modell zwischen Siliziumdioxid (SiO2), Manganoxid (MnO) und Aluminiumoxid (Al2O3) verdeutlichte sie, wie je nach deren Vorhandensein und der Höhe der Schmelztemperatur unterschiedliche Materialphasen auftreten. Ziel der Untersuchung ist es, aus dreifachen Oxid-Systemen zunächst vierfache Oxid-Systeme zu entwickeln und daraus eine Software zu erstellen, die viel-komponentige Oxid-Systeme abbildet. Im anschließenden Beitrag von Stephen Gill (Tetronics International Ltd., Vereinigtes Königreich) wurde zwar das bei Tetronics entwickelte Verfahren zur Plasmaschmelze sowie die Recycling-Ergebnisse beim Einschmelzen von Elektro- und Elektronikschrott vorgestellt. Doch musste der Vortragende eingestehen, dass sein Unternehmen bislang noch kein Batterierecycling praktiziert.

7.000 Megatonnen Kapazität

In der zweiten Technologie-Session berichtete Sybolt Brouwer (Umicore Battery Recycling, Belgien) von den Plänen seines Unternehmens. Während zurzeit täglich rund 1.000 Megatonnen an Edelmetallen recycelt werden, soll Batterierecycling zukünftig weltweit mit einer Kapazität von 7.000 Megatonnen pro Jahr betrieben werden. Das Unternehmen rechnet mit einem Aufkommen von 250 Millionen mobiler Telefonbatterien á 30 Gramm, 200.000 Batterien aus (Hybrid-)Elektroautos á 35 Kilogramm und 35.000 Elektroauto-Batterien á 200 Kilogramm. Daraus sollen Cobalt, Nickel und Kupfer wiedergewonnen werden; eine Aufbereitung von Schlacke als künftigem Potenzial von Lithium ist in Planung. Nach Aussage von Sybolt Brouwer sollen aus einem 600 Millionen Euro-Investment 20 Millionen Euro in Batterierecycling fließen. Das Unternehmen erwartet einen wachsenden Markt mit signifikanter Kostenreduzierung beim Recycling von Lithium-Ionen-Batterien. Kostendeckendes oder profitables Recycling werde dabei stark von der chemischen Industrie und zukünftigen Metallpreisen abhängen.

Batterierecycling bei Veolia

Der Vortrag von Denis Foy (Euro Dieuze Industrie, Frankreich) gab Einblicke in den Bereich Batterierecycling bei Veolia Environnement. Deren Sparte SARP Industries ist in Europa verantwortlich für zwei entsprechende Anlagen, die einen Umsatz von vier Millionen Euro mit 30 Mitarbeitern beziehungsweise von 14 Millionen Euro mit 72 Mitarbeitern erwirtschaften. In der Anlage der  Euro Dieuze Industrie sind neben zwei Sortierlinien zwei Shredder- und Separierstraßen sowie zwei Shreddereinheiten in kontrollierter Atmosphäre im Einsatz. Das Sortieren erfolgt mechanisch und nachgeordnet manuell; für die selektive Extraktion der Materialien wird ein hydrometallurgisches Verfahren eingesetzt. Darüber hinaus übernimmt das Werk die Zerlegung von industriellen Nickel-Cadmium-Einheiten und Lithium-Ionen-Batterien aus Industrie und Elektroautos. Auch im Werk der Batrec Industrie AG kommen nach einer zweistufigen manuellen Sortierung, die alle Batterietypen umfasst, zwei Linien zum Einsatz. Alkaline/Zink-Sauerstoff-Batterien werden zunächst geschreddert und dann entweder im Lichtbogen-Ofen oder hydrometallurgisch recycelt. Mithilfe eines pyrometallurgischen Verfahrens werden Zink und Ferromangan separat gewonnen.

Für Primär-Lithium- und Lithium-Ionen-Batterien stehen in den Werken zwei spezifische Schredder-Prozesse zur Verfügung. Das Verfahren bei Euro Dieuze Industrie umfasst die Inertisierung des Lithiums, die Neutralisierung des Lösungsmittels sowie ein System zur Behandlung von Gasen, die während des Schreddern auftreten. Das Batrec-Verfahren sieht Schreddern unter inerter Atmosphäre vor – eine patentierte Technologie, die keinerlei Entgasung benötigt.

Kosten versus Qualität

Geeignete Recyclingtechnologien für Lithium-Ionen-Batterien sind gefragt, betonte Sebastian Kross (Stiftung GRS Batterien, Deutschland). Nach seiner Darstellung bestehen Li-Batterien hauptsächlich aus Eisen (21 %), Graphit (19 %), Aluminium (17 %), Mangan (11 %), Kupfer (7 %) und neben verschiedenen anderen Elementen aus Lithium (5 %), Nickel (3 %) und Cobalt (1 %). Werden diese Materialien auf minimaler Stufe getrennt, entsteht bei einem Materialwert von 2.300 Euro pro Tonne und Behandlungskosten von 500 Euro pro Tonne ein operatives Plus von 1.800 Euro pro Tonne. Werden die Materialien optimal separiert, entsteht bei einem Materialwert von 2.600 Euro pro Tonne und Behandlungskosten von 2.000 Euro pro Tonne nur ein Plus von 600 Euro pro Tonne. Je feiner die extrahierten Stoffe wiedergewonnen werden, desto kostenintensiver ist das Verfahren. Auch differieren je nach Verfahren und Separierungsgüte die Energiekosten: Während die mechanische Trennung pro Einheit lediglich 25 Kilowattstunden benötigt, verbraucht die Pyrolyse 220 Kilowattstunden, die pyrometallurgische Separation 625 Kilowattstunden und das hydrometallurgische Verfahren 8.000 Kilowattstunden.

Sebastian Kross rät daher, bei der Festlegung eines Recyclingverfahrens strategische Überlegungen anzustellen. Energieverbrauch und Emissionen stellen einen großen Teil der Umweltbeeinflussung des Batterierecyclings dar. Daher muss zwischen Umweltbelastung und Qualität der zu erzielenden Sekundärrohstoffe abgewogen werden. Dabei haben sich das metallurgische Verfahren – geringere Menge, aber hohe Separation – und die kombinierte mechanische und thermale Behandlung – höhere Menge, aber geringere Qualität – als am sinnvollsten herausgestellt.

Foto: Dr. Jürgen Kroll

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