FuLIBatteR
Zukünftiges Recycling von Lithium-Ionen-Batterien zur Rückgewinnung kritischer Rohstoffe
Projektbeschreibung
Das von der österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) geförderte COMET-Modul FuLIBatteR möchte das fehlende Bindeglied zur Schließung von Stoffkreisläufen und vorhandenen Datenlücken für Entscheidungsträger im Bereich LIB-Recycling sein. Das Projekt mit einer Laufzeit von vier Jahren (gestartet am 01.07.2022) hat das Ziel, unterschiedliche Rückgewinnungsmöglichkeiten von kritischen Rohstoffen aus dem Aktivmaterial von LIB zu untersuchen und neue Möglichkeiten der Recyclingeffizienzsteigerung aufzuzeigen. In drei Sub-Projekten beschäftigen sich wissenschaftliche und Unternehmenspartner aus Österreich, Deutschland und Großbritannien mit physikalischen (Sub-Projekt 1), pyrometallurgischen (Sub-Projekt 2) bis hin zu bio-hydrometallurgisch elektrochemischen (Sub-Projekt 3) Aufbereitungsprozessen. Hauptaugenmerk liegt auf der Rückgewinnung der Elemente Li, Co, P, Graphit (laut EU als kritische Rohstoffe eingestuft), den Wertmetallen Ni, Co und Mn, sowie Si aus neuen LIB-Systemen. Alle Teilprojekte werden durch das Querschnittsthema der ökologischen Bewertung verbunden. Dabei soll ein Maßnahmenkatalog, beziehungsweise eine Grundlage für Entscheidungsträger und Anlagenbetreiber im Sinne nachhaltiger Batterieproduktion und Batterierecycling entstehen.
Problematik und Hintergrund
Derzeitige Batterie-Recyclingverfahren konzentrieren sich hauptsächlich auf die mechanische Aufbereitung. Dabei werden Gehäuse, Kabel und andere grobe Bestandteile abgetrennt. Nach der Aufbereitung enthält das fein gemahlene Aktivmaterial den größten Massenanteil an LIB (bis zu 70 Gew.-% der Batteriemasse) und enthält die kritischen Elemente Lithium, Phosphor, Kobalt, Silizium und Grafit, sowie weitere wirtschaftlich wichtige Metalle wie Kupfer, Nickel und Mangan in unterschiedlichen Konzentrationen. Viele dieser Elemente werden derzeit nicht gezielt zurückgewonnen, sondern landen entweder nach pyrometallurgischer Behandlung im Abgas, in der Schlacke oder werden nach hydrometallurgischer Behandlung im Abwasser gelöst.
Projektziele
Um den Stand der Technik in den Bereichen Mechanik, Pyro- und Hydrometallurgie zu übertreffen, werden verschiedene Ansätze erprobt. Die erwarteten hochwertigen Output-Fraktionen sollen als Sekundärrohstoffe erneut für die Batterieproduktion oder andere Industriezweige wie die Stahl- und Feuerfestindustrie genutzt werden. Man kann die generierte Metalllegierung beispielsweise als Zusatz für Spezialstähle oder den Grafit als Additiv zur Herstellung von Magnesia-Karbonstein nutzen. Durch Zusammenarbeit mit Firmen, die LIB anwenden, beispielsweise in der Automobilbranche, werden Materialkreisläufe geschlossen und eine erfolgreiche Forschung garantiert.
- Abfallwirtschaftliche und mechanische Aufbereitungsansätze für das LIB-Recycling
- Pyrometallurgische Aufbereitung von LIB-Aktivmaterial
- Bio-hydrometallurgische Aufbereitung von LIB-Aktivmaterial
Projektergebnisse
| Prozess | Stand der Technik | Innovation durch FuLIBatteR |
| Thermische Vorbehandlung von LIB | Wahlweise zur Deaktivierung von LIBs für eine bequemere thermische Handhabung des Materials. | Erforschung der Wechselwirkung zwischen den Materialeigenschaften und den Betriebsparametern der thermischen Vorbehandlung und deren Einfluss auf nachgeschaltete Prozesse (Experimente im Labormaßstab, CFD-Simulation). |
| Pyrometallurgie | Ein Standardverfahren zur Behandlung von LIB | Etablierung der Li-Rückgewinnung aus Abgasen |
| Flexibel in Bezug auf die Zusammensetzung des LIB-Inputs | Forschung zur Steigerung des thermischen Wirkungsgrads | |
| Rückgewinnung von Co, Ni, Cu | Intelligentes Schlackendesign zur Verringerung von Metallverlusten | |
| Kohlenstoff geht als CO2-Emission verloren | Entfernung von graphitreichem Konzentrat vor der pyrometallurgischen Behandlung | |
| Li, Al und teilweise Mn gehen in der Schlacke verloren | ||
| Hydrometallurgie | Ein Standardverfahren zur Behandlung von LIB-aktivem Material oder Rückständen von pyrometallurgischen Behandlungen | C-Rückgewinnung durch Schaumflotation oder magnetische Dichteabscheidung |
| Kohlenstoff geht als Rückstand verloren | Optionale Si-Rückgewinnung als Nebenprodukt der magnetischen Dichtetrennung | |
| Flotation | Der Standardprozess der Erzkonzentration | Thermisch vorbehandeltes aktives Material als Input |
| Getestet an mechanisch behandelten LIB-Zellen | Unterschiedliche LIB-Typen als Input | |
| Kaskadische Nutzung von Prozesswasser als Input in bio-elektrochemischen Systemen | ||
| Recycling von Li und P aus Prozesswasser unter Verwendung von natürlich vorkommendem Zeolith und Strippen | ||
| Bio-Laugung | Ähnlich der hydrometallurgischen Behandlung, jedoch mit Mikroorganismen zur Lösung von Metallen | Aktivmaterial aus LIB als neues Einsatzmaterial |
| Hauptanwendungsgebiet ist die Aufbereitung von Mineralerzen | Erforschung geeigneter Mikroorganismen (Reinkultur, Co-Kultur) | |
| Elektrolyse | Standardmethode zur Reduktion von Metallen | Erforschung von bio-elektrochemischen Systemen als Alternative |
| Energieintensive Anwendung | Null bis geringer Energieverbrauch | |
| Umweltauswirkung | Wenig bis keine öffentlichen Daten verfügbar | Ökobilanz und MFA zur Erhellung der ökologischen Sinnhaftigkeit von Behandlungsschritten und als Grundlage für ökologisch vertretbare Entscheidungen im Einklang mit erreichbaren Entwicklungszielen |