Die EU schreibt heute vor, dass bei Batterien von Elektroautos mindestens 50 Prozent des Materials recycelt werden. Doch eine Lithium-Ionen-Batteriezelle besteht aus bis zu 100 Einzelteilen auf engstem Raum. Dadurch ist das Recycling von ausgedienten Batterien ein teurer Prozess.
„Da drin stecken zwei Elektroden. Das sind dünne Folien. Eine besteht aus Aluminium, eine aus Kupfer. Die sind umeinander gewickelt", zitiert der Deutschlandfunk Urs Peuker, Professor für Aufbereitungstechnik an der TU Bergakademie Freiberg.
Die beiden Folien sind mit Aktivmaterial beschichtet. Bei der Aluminiumfolie kann das aus Nickel, Kobalt oder Mangan bestehen. Die Kupferfolie hingegen ist mit einem speziellen Graphit beschichtet.
"Jetzt haben wir schon mal vier Materialien. Dann kippen wir noch ein Lösungsmittel rein, das mit verschiedenen Chemikalien gemischt ist, die die elektrische Leistungsfähigkeit der Batterie verstärken.“
Zum Recycling kann man diese Mischung erhitzen, bis die Metalle schmelzen. Die Schmelze fängt man auf und kann die Metalle weiterverarbeiten. So macht es etwa die Firma Umicore in Antwerpen in Europas größter Anlage.
Doch weil das Schmelzverfahren viel Energie benötigt, setzen andere Betriebe auf die mechanische Zerkleinerung der Batteriezellen. Die Beschichtung der Elektroden fällt dabei als schwarze krümelige Masse an, die viel Nickel und Kobalt enthält, die beide teuer sind.
Die schwarzen feinen Krümel von den geschredderten Metallfolien werden abgesiebt und aufbereitet. Übrig bleiben die Elektroden selbst. Noch arbeiten die Forscher an einem effizienten Verfahren, um Aluminium und Kupfer voneinander zu trennen.
"Wer jemals versucht hat, Lametta voneinander zu trennen – das ist eine Herausforderung", sagt Urs Peuker. Sein Team nimmt einen Trick zum Vorbild, den man auch zu Hause anwendet: die Aluminiumfolie einfach knüllen.
"Und die Kupferfolie auch zu knüllen. Dann haben wir wieder kompakte Teilchen. Und Kupfer ist deutlich dichter als Aluminium. Dann haben wir ein Trennmerkmal und können das trennen."
Dieses Zerknüllen passiert beim letzten Zerkleinerungsschritt in einer sogenannten Hammermühle. Hier wird das Material zu Kugeln von einigen Millimetern Größe geschlagen. So erreichen die Forscher schließlich einen Reinheitsgrad von 90 Prozent.
Einen anderen, noch experimentellen Weg gehen Forscher der Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe in Hanau. Johannes Öhl packt die ganze Batteriezelle in einen Reaktor, so groß wie eine Waschmaschine, den er mit Wasser füllt.
Dann legt er Strom an, und es knallt. Denn die Entladung der elektrischen Spannung verursacht Schockwellen. "Die werden in dem Medium Wasser hervorgerufen und treffen auf die Batterien, die wir in dem Reaktor haben", sagt Öhl.
Das Besondere an diesen Schockwellen sei, dass sie bevorzugt Schwachstellen der Materialien angreifen. Man kann also auf diese Art und Weise verschiedene Materialien gezielt voneinander trennen.
Zwar ist diese Technik bewährt, um Leiterplatten oder Photovoltaik-Module zu zerlegen. Doch die Lithium-Ionen-Batterien muss man etwa tausend Mal mit Stromstößen behandeln, bis die schwarze Beschichtung ganz von den Elektrodenfolien abgelöst ist.
Daher braucht auch dieses Trennverfahren mithilfe von elektrisch verursachten Schockwellen viel Energie. Genau wie die beiden anderen Verfahren, Einschmelzen und Schreddern, decken der Wert der gewonnenen Materialien nicht die Kosten des Recyclings.
Hinzu kommt das Problem, dass Hunderte verschiedener Arten von Batterien auf dem Markt sind. Daher muss man zum Recycling umfangreiche Fragebogen ausfüllen: Hersteller, Batterietyp, Baujahr, wie viele Ladezyklen und so weiter.
Wegen der vielen verschiedenen Modelle müssen die Batterien heute noch von Hand zerlegt werden, was für jeden einzelnen Akku etwa eine Stunde dauert, zitiert der Deutschlandfunk Frank Treffer.
"Keine Batterie gleicht der anderen. [...] Und die einzige flexible Weise, diese Batterien zu demontieren, ist eben die händische Demontage. Eine Automatisierung ist natürlich nur dann sinnvoll, wenn ein einzelner Batterietyp in einer höheren Stückzahl auf dem Markt ist und recycelt werden muss beziehungsweise, auf der anderen Seite, wenn es zu einer Art Standardisierung kommt."
