Revolutioniertes Recycling von Lithium-Ionen-Batterien
Die SHARP-Technologie von Coherent ermöglicht das Upcycling von Reststoffen aus Lithium-Ionen-Batterien zu Kathodenmaterial.
05. September 2023 von Coherent
Die weltweite Produktion von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) erreicht Jahr für Jahr jedes Jahr neue Höhen, da als Folge von Investitionswellen neue Produktionsanlagen in Betrieb gehen. Immer mehr Branchen der Weltwirtschaft werden elektrifiziert. Die LIB wird dabei zunehmend zur Standardtechnologie für Geräte aller Größen.
Dieses Nachfragewachstum fordert einen nachhaltigen Umgang mit der Rohstoffversorgung. Umweltfreundliche Lösungen für den Umgang mit den bei der Batterieproduktion anfallenden Reststoffen zu entwickeln, ist ein wichtiges Ziel. Ebenso wichtig sind umweltfreundliche Lösungen für das Entsorgen von Altbatterien.
Dies ist deshalb so wichtig, weil die Inhaltsstoffe der meisten heutigen Batterien giftige organische Elektrolyte und Schwermetalle sind, die in die Umwelt gelangen können. Darüber hinaus werden in LIB-Batterien knappe und wertvolle Mineralien verwendet, die in der Regel weit entfernt von ihrem Produktionsort abgebaut werden.
Die Massenproduktion von Batterien erfordert also erhebliche Investitionen in den Abbau, die Verfeinerung und den Transport dieser Materialien. Und die ungeregelte Entsorgung von Reststoffen kann die Umweltvorteile – das Versprechen der batteriebasierten industriellen Revolution – leicht zunichte machen.
Die weltweite Produktion von Lithium-Ionen-Batterien nimmt zu. Deshalb ist effektives Recycling von entscheidender Bedeutung, um den Rohstoffbedarf zu decken und umweltfreundliche Möglichkeiten für die Entsorgung von Altbatterien bereitzustellen.
Die Recyclinglösung
Das Batterierecycling ist ein Teil der Lösung dieses Problems. Recycling kann die Menge der für die Batterieproduktion neu zu beschaffenden Rohstoffe reduzieren. Und es ist ein Weg zum nachhaltigen Umgang mit den Reststoffen aus Altbatterien.
In den letzten Jahrzehnten hatte das Recycling von Batterien nur eine technische Lösung zur Verfügung. Das war die Pyrometallurgie. Dabei wird Batterieschrott verbrannt, um unerwünschte organische Materialien, darunter Kunststoffe, zu entfernen. Leider lässt sich mit der Pyrometallurgie nur einen Bruchteil der ursprünglichen Materialien zurückgewinnen. Dies sind hauptsächlich Kupfer aus den Stromabnehmern und Nickel/Kobalt aus den Kathoden. Am wichtigsten dabei ist jedoch, dass das seltene Element Lithium bei diesem Prozess überhaupt nicht zurückgewonnen wurde.
Diese veraltete Technologie wurde in letzter Zeit durch die Hydrometallurgie ersetzt. Bei diesem Verfahren werden Lösungsmittel verwendet, um die wertvollen Metalle, einschließlich Lithium, zu extrahieren. Um die einzelnen Metallverbindungen zu gewinnen, werden diese Metalle anschließend in einem aufwendigen und selektiven Extraktionsprozess voneinander getrennt. Diese können dann der Lieferkette für Batteriematerialien zugeführt werden.
Die Hydrometallurgie ist verglichen mit der Pyrometallurgie ein bedeutender Fortschritt. Aber das Verfahren ist noch immer energieintensiv, technologisch komplex und die Wirtschaftlichkeit von Umsetzungen in großem Maßstab ist wegen verschiedener externer Faktoren anfällig.
Upcycling – Die Lösung der nächsten Generation
Coherent hat jetzt eine umweltfreundliche, wirtschaftlich attraktive und technologisch überlegene Alternative zu allen bisherigen Formen des Recyclings entwickelt. Wir sind fest davon überzeugt, dass sie das Potenzial hat, den Umgang mit Batteriereststoffen auf globaler Ebene zu revolutionieren.
Wir nennen unsere Lösung Streamlined Hydrometallurgical Advanced Recycling Process (SHARP). Es ist die erste Technologie, die die kritischen Metalle effizient aus LIBs zurückgewinnt – ohne sie einzeln zu trennen. Sie recycelt diese Metalle direkt zu Kathodenmaterial, das für die Produktion neuer Batterien geeignet ist.
Dieser bahnbrechende SHARP-Prozess von Coherent hat drei entscheidende Vorteile:
Grüner |
Bei SHARP fallen keine Flüssigkeiten an und es entstehen auch keine giftigen Gase und Feststoffe. Darüber hinaus ist SHARP wegen seines geringen Bedarfs an Wasser und Energie die umweltfreundlichste Lösung der Welt für das Batterierecycling. |
Effizienter |
Die Rückgewinnungsrate von SHARP liegt bei kritischen Metallen über 95 %. Und das Verfahren liefert direkt die Vorläufer und/oder das Kathodenmaterial für die Produktion von neuen neue LIBs. Damit entfallen mehrere komplizierte Verfeinerungsschritte für das individuelle Trennen und Reinigen dieser Metalle entweder vollständig oder sie werden drastisch reduziert. Daher bietet SHARP den Herstellern einen anpassbaren Prozessablauf für die Rohstoffe, der die Einführung erleichtert. |
Niedrigere Kosten |
Mit dem Wegfall oder der Verringerung der Einzelmetalltrennung senkt SHARP die Kapitalkosten im Vergleich zur herkömmlichen hydrometallurgischen Verarbeitung um etwa 60 %. Darüber hinaus reduziert die Fähigkeit, die Prozesschemikalien zu regenerieren, die Kosten für Verbrauchsmaterialien und Betriebsmittel (geschätzt um 30 %). |
Ein effizienter hydrometallurgischer Prozess kann über 95 % der wertvollen Metalle aus der schwarzen Masse der Altbatterien zurückgewinnen.
Die globale Elektrifizierung kann erst dann als wirklich grün angesehen werden, wenn die negativen Umweltfolgen des Rohstoffabbaus, der Materiallagerung und der Entsorgung von LIB-Reststoffen auf sinnvolle Weise beseitigt sind. Die kohärente SHARP-Technologie bietet der Welt einen pragmatischen Weg, die Herstellungskosten von Batterien zu senken. Sie ermöglicht es den Herstellen von Batterien und Elektrofahrzeugen, mit positiven Auswirkungen auf die Umwelt, bessere Skalierungseffekt zu verwirklichen. Diese wirklich nachhaltige Lösung fördert die weitere Verbreitung von mit LIB-Batterien betriebenen Elektrofahrzeugen.
Erfahren Sie mehr über das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien mit Coherent und unser Engagement für einer nachhaltigere Gesellschaft.
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