Den Kreislauf bei der Elektromobilität schließen

BASF entwickelt ein neues chemisches Verfahren zum Recycling von Lithium-Ionen-Batterien. Damit kann das in der Batterie enthaltene Lithium in hochreiner Form und mit hoher Ausbeute zurückgewonnen werden. Sustainability News sprach darüber mit der BASF-Forscherin Kerstin Schierle-Arndt auf der Forschungspressekonferenz.

Welche Bedeutung hat das Batterierecycling und warum arbeitet BASF daran?

Die Automobilindustrie steht vor einem großen Umbruch. Wir sehen, dass gerade immer mehr elektrische Fahrzeugmodelle auf den Markt kommen und die Zahl der Elektroautos auf unseren Straßen steigt. Damit wird natürlich auch die Frage nach der Entsorgung der gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien immer wichtiger. Im Moment ist die Zahl der Altbatterien aus Elektroautos zwar noch gering, aber es gibt Schätzungen, dass 2030 weltweit über eine Million Tonnen Batteriezellen von Elektroautos allein aus dem Personenverkehr ihr Lebensende erreichen. Die Akkus enthalten Lithium, Kobalt und Nickel. Das sind wertvolle Metalle, die nicht auf dem Müll landen dürfen. Gleiches gilt für nicht spezifikationsgerechtes Material aus der Zellproduktion sowie der Produktion von Kathodenmaterialien und deren Vorstufen. Auch hier müssen wir die Stoffkreisläufe schließen. Es gilt Abfälle zu vermeiden, Produkte wiederverwenden und die Rohstoffe zurückzugewinnen – das ist etwas, was auch unsere Kunden ganz klar von uns verlangen.

Und ein niedriger CO₂-Fußabdruck spielt für die Automobilindustrie eine ganz große Rolle…
Ja, stimmt, das ist ein sehr wichtiges Thema für die Automobilindustrie. Die Batterie ist nun mal das Herzstück eines Elektroautos und deshalb ist der CO₂-Fußabdruck der Batterie das absolut beherrschende Thema. Hier sind zwei Themen wichtig: zum einen die nachhaltige Produktion der Batteriematerialien und zum anderen eben auch das Batterierecycling. Wenn wir recycelte Batteriematerialien einsetzen, sinkt der CO₂-Fußabdruck der Batterie sehr deutlich. Das ist eine Aufgabe, an der wir in der Wertschöpfungskette übergreifend mit unseren Partnern und Kunden zusammenarbeiten müssen.

Können Sie erklären, wie das Recycling funktioniert und woran wir in der Forschung bei BASF arbeiten?
Zu Beginn dieses Recyclingprozesses werden Lithium-Ionen-Batterien zerlegt und geschreddert. Dabei entsteht die sogenannte „Schwarze Masse“, die die wertvollen Rohstoffe enthält. Mit Hilfe verschiedener chemischer Verfahren können schon heute Lithium, Kobalt und Nickel aus der Masse zurückgewonnen werden. Das reduziert den CO₂-Fußabdruck der Batteriemetalle um mindestens 25% gegenüber der Förderung aus natürlichen Quellen. Es besteht allerdings noch Innovationsbedarf, um die Recyclingkosten und den Energieverbrauch weiter abzusenken und die Lithiumausbeute deutlich zu erhöhen. BASF entwickelt ein neues chemisches Verfahren, mit dem genau das möglich ist.

Was ist das Besondere an diesem neuen Verfahren?
Mit den derzeit gängigen Verfahren wird das Lithium über einen sogenannten hydrometallurgischen Prozess aus der schwarzen Masse gewonnen und liegt am Ende als Lithiumcarbonat vor. Die Batteriematerialien von heute brauchen aber Lithiumhydroxid in ihrer Herstellung. Es ist natürlich möglich, aus dem Carbonat das Hydroxid zu machen, aber dafür sind zusätzliche Schritte und Reagenzien notwendig. Außerdem fallen bei der Herstellung des Lithiumcarbonats unerwünschte Nebenprodukte an. Genau das wollen wir verhindern. Wir haben einen Prozess im Labor entwickelt, bei dem das Lithiumhydroxid direkt anfällt und vermeiden damit sowohl Abfälle als auch zusätzliche Schritte, um aus dem Carbonat das Hydroxid zu machen. Das senkt den Energieverbrauch und den CO₂-Fußabdruck gegenüber den bisherigen Verfahren.

Welche Vorteile hat das Verfahren noch?
Neben der Chemie selbst und dem Verfahren dazu ist es wichtig, dass die Reinheit der zurückgewonnenen Rohstoffe stimmt. Die Herausforderungen bei Batteriematerialien sind sehr hoch. Hier sind wir bei BASF gut aufgestellt, denn wir profitieren beispielsweise von unserer Forschung und Entwicklung im Bereich der Elektronikindustrie und verfügen über ein großes Portfolio an Technologien zur Reinigung. Ein großer Vorteil, denn mit unserem neuen Verfahren können wir das in der Batterie enthaltene Lithium in hochreiner Form zurückgewinnen

Können Sie uns einen kurzen Ausblick geben? Wie geht es in punkto Batterierecycling bei BASF weiter?
Unser Forschungsteam hat 2020 die ersten Pilotversuche erfolgreich abgeschlossen und wir bereiten jetzt den Bau einer Pilotanlage vor. Es ist noch ein weiter Weg, aber ich bin überzeugt, dass dieses Recyclingverfahren eine wesentliche Rolle für den Aufbau eines Batteriekreislaufs in Europa spielen kann.