Neues Verfahren

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Erst das chemische Kunststoffrecycling, nun auch das Batterierecycling: Der Energiekonzern TotalEnergies hat ein Recyclingverfahren für Lithium-Eisenphosphat-Akkus entwickelt. Deren Marktanteil könnte in Zukunft zulegen.

TotalEnergies steigt ins Batterierecycling ein


Viele Batterie-Rohstoffe sind knapp. Das erhöht den Druck, Alternativen zu finden. Und führt manchmal auch zu unerwarteten Comebacks – etwa dem des Lithium-Eisenphosphat-Akkus. LiFePO4-Batterien sind zwar nicht die preiswertesten, haben aber im Vergleich zu anderen Lithiumbatterien viele Vorteile: Sie halten länger, sind extrem sicher und haben eine verbesserte Entlade- und Ladeeffizienz. Bis 2030 könnte der Marktanteil von LFP-Kathodenmaterial von derzeit 23 Prozent auf 30 Prozent steigen, glaubt die Beratungsfirma Avicenne Energy.

Sollte es tatsächlich so kommen, wird auch das Lithium-Recyclingpotenzial, das in den Batterien enthalten ist, größer werden. Zu den Unternehmen, die begehrliche Blicke darauf werfen, zählen seit Neuestem auch der französische Energiekonzern TotalEnergies und seine Tochtergesellschaft Saft. Beide Unternehmen schicken sich an, ins Recycling von LFP-Batterien einzusteigen und haben dafür einen eigenen Prozess entwickelt, den TotalEnergies‘ R&D-Manager Frank Despinois und Clémence Siret von Saft auf dem International Congress for Battery Recycling (ICBR) Mitte September in Salzburg vorgestellt haben.

Anode: Ab ins Ultraschall-Bad

Bei dem Verfahren werden die Akkus im ersten Sortierschritt in ihre einzelnen Bestandteile zerlegt, also in Gehäuse, zentralen Achse, Anode, Kathode und Separator. Die kupferhaltige und graphithaltige Anode kommt danach in einen Ultraschall-Tank. „Im Labor haben wir damit gute Resultate erzielt“, sagte Despinois. „Nach gut zwei Minuten konnten wir das gesamte Graphit abtrennen und zurückgewinnen.“

TotalEnergies und Saft sind dabei nicht die Ersten, die die Ultraschalllaugung zur Metallextraktion einsetzen. Diese Methode wird auch schon bei der Aufbereitung von NiMH-Batteriematerialien oder auch von Klärschlamm eingesetzt. Das Recyceln läuft dabei üblicherweise in einem Bad aus natürlichen Säuren ab. In diese Flüssigkeit werden Ultraschallwellen eingekoppelt. Vereinfacht gesagt, erzeugen diese Power-Wellen Mikroblasen, die kollabieren, sowie lokale Temperaturen von fast 5.000 °C. Zusätzlich produzieren sie hochreaktive freie Radikale. Das mobilisiert quasi die wertvollen Metalle, sodass sie sich mit relativ milden Säuren „auswaschen“ lassen.

Die Vorteile der Ultraschalllaugung gegenüber anderen Verfahren wie Säureauslaugungstechniken liegen angeblich in der präzisen Steuerung der Prozessparameter wie Amplitude, Druck und Temperatur. Demnach können mit diesen Parametern die Reaktionsbedingungen exakt auf das Prozessmedium und die angestrebte Leistung eingestellt werden. Darüber hinaus entferne die Ultraschalllaugung auch kleinste Metallpartikel aus dem Substrat, während Mikrostrukturen erhalten bleiben.

Bio-Leaching-Prozess ist noch nicht optimal

Bezüglich der Kathode der LFP-Batterien sieht das Verfahren vor, dass die Kathode quasi gebürstet wird. Dieser Vorgang läuft laut R&D-Manager Despinois automatisch ab. Dabei wird das Aluminium von der Schwarzen Masse getrennt. Die Black Mass mit ihren wertvollen Elementen wie Lithium wird dann über den hydrometallurgischen Pfad weiterverarbeitet. Am Ende kommen dabei Lithiumcarbonat und Eisen(III)-Phosphat heraus.

Für ihren Bio-Leaching-Prozess setzen TotalEnergies und Saft den Angaben zufolge Methansulfonsäure (MSA) ein. Diese Bio-Säure erfordert nur relativ milde Reaktionsbedingungen und wird in der Industrie hauptsächlich als Lösungsmittel und als Katalysator für organische Reaktionen eingesetzt. Mittels der Elektrodialyse, wie sie auch unter anderem bei der Wasseraufbereitung oder in der Nahrungsmittelindustrie genutzt werde, werde die MSA fit für den nächsten Einsatz gemacht.

Ganz zufrieden sind die TotalEnergies-Chemiker mit dem hydrometallurgischen Prozess noch nicht. „Der Prozess ist noch nicht optimal“, räumte Despinois beim ICBR ein. Im Labor würden aktuell Experimente mit verschiedenen Prozessparametern durchgeführt. „Wir arbeiten auch noch mit verschiedenen Reagens am Finetuning des Leaching-Prozesses.“ Somit müssten unter anderem die Reinheit und Partikelgröße noch optimiert werden. Aber erste Ergebnisse hätten gezeigt, dass eine Rückgewinnung von Lithium und von Eisenphosphat von 100 Prozent möglich sei.

Demo-Anlage im kommerziellen Maßstab geplant

Darüber hinaus gibt es noch andere Baustellen. Somit müsse die Wieder- beziehungsweise Weiterverwertungsmöglichkeiten der zentralen Achse und des Elektrolyten weiter geprüft und bewertet werden, wie Batterieexpertin Siret erklärte. Gleiches gelte für das Eisenphosphat und das Graphit.

Aktuell erfolge das Update der Basic Engineering Study auf Basis der Laboruntersuchungen. Im nächsten Schritt planen die Unternehmen einen kommerziellen Demonstrator. TotalEnergies und Saft suchen nun nach Partnern, um den Prozess aufzuskalieren.

320°/mk

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