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Elektromobilität: Recycling von Autobatterien

 

Mit dem Fortschritt der Elektromobilität stellt sich neu das Problem des Batterierecyclings. Dieses ist technisch nicht neu, auch herkömmliche Batterien und Akkus für Elektrogeräte oder den Autostart wurden schon immer weitestgehend recycelt. Doch mit Millionen von Elektroautos, die in nächster Zukunft unterwegs sein werden, wächst der Berg an diesem Material gigantisch an. Das Problem ist den Herstellern auch bewusst. Es war nur bislang noch nicht drängend, weil erst ab etwa 2030 große Mengen an Autobatterien restlos verschlissen sein werden. Diese sind dann dem Recycling zuzuführen.

Recycling von Autobatterien: schwierig, aber unumgänglich

Das Recycling von Autobatterien lohnt sich wegen der enthaltenen seltenen Rohstoffe, doch es ist technisch nicht einfach. Dennoch bleibt es unumgänglich, denn einige Rohstoffe wie die verwendeten sogenannten „Seltenen Erden“ sind knapp – daher haben sie ihren Namen. Ihre Förderung belastet die Umwelt und findet außerdem in einigen politisch instabilen Regionen Afrikas (unter anderem im Kongo) statt. Das Recycling hat daher immense Vorteile und muss allein wegen der nötigen Verkehrswende zur Elektromobilität in Angriff genommen werden. Darauf weisen Fachleute wie Jörg Zimmermann (Fraunhofer-Institut für Wertstoffkreisläufe) schon länger hin. Ein weiterer Aspekt spielt eine große Rolle: Recycelte Autobatterien liefern wertvolle Rohstoffe – entsorgte hingegen würden ein riesiges Müllproblem verursachen.

Wie drängend ist das Problem?

Aktuell (2021) ist es noch nicht so akut, dass die Alarmglocken läuten müssten, denn die derzeit verbauten Autobatterien in Elektroautos halten überwiegend bis zum Ende des Jahrzehnts. Jedoch ist die Herausforderung schon erkennbar, denn die Zahl der Zulassungen von E-Autos wächst seit etwa 2018 jährlich und weltweit zwischen 60 und 70 Prozent. Das ist ein gigantischer Boom, dessen Ende noch lange nicht in Sicht ist. Hierfür gibt es viele Gründe:

• Die Restriktionen für Verbrenner fallen immer härter aus, was für das Erreichen der Klimaziele des Pariser Klimaschutzabkommens auch unumgänglich ist.
• Gleichzeitig werden Elektroautos immer günstiger. Experten vermuten, dass sie etwa ab 2025 preislich mit Verbrennern konkurrieren können.
• Die Reichweiten der E-Autos steigen signifikant.
• Die Ladezeiten sinken. Auch stellen sich E-Auto-Fahrer organisatorisch auf das längere Laden ein. Sie laden nachts oder während des Einkaufs im Supermarkt. Supermärkte werden bald im großen Stil Ladesäulen auf ihren Parkplätzen aufstellen.
• Alle entwickelten Länder bauen die Ladeinfrastruktur zügig aus. Das eliminiert das noch vorhandene Reichweitenproblem von Elektroautos.
• Elektroautos haben in allernächster Zukunft gegenüber Verbrennern keinerlei Nachteile mehr. Es gibt dann für Autofahrer keinen Grund mehr, sich einen Verbrenner zu kaufen.

Es wird also in sehr naher Zukunft sehr viele verbrauchte E-Auto-Akkus geben, die wir recyceln müssen. Die Industrie muss sich darauf einstellen. Die deutsche „Nationale Plattform Zukunft der Mobilität“ schätzt, dass im Jahr 2025 in Deutschland rund drei Millionen Elektroautos unterwegs sein werden. Der Rohstoffbedarf für ihre Akkus (vor allem Lithium und Kobalt) kann zu rund 40 Prozent aus dem Recycling von Batterien stammen. Allerdings werden gegenwärtig (2021) weniger als 10 Prozent dieser wertvollen Rohstoffe aus Altbatterien recycelt. Das hat technische Gründe: Das Aluminium der Batteriegehäuse lässt sich schon sehr gut zurückgewinnen, das Lithium oder das Graphit fast noch gar nicht.

Wie regelt der Gesetzgeber das Recycling?

Natürlich wurde das Recycling von Batterien schon immer gesetzlich geregelt, allerdings werden nationale und supranationale Regierungen (wie die EU) von der rasanten technischen Entwicklung derzeit etwas überrollt. Die maßgebende EU-Richtlinie stammt aus dem Jahr 2006, 2008 wurde sie nochmals überarbeitet. Der eigentliche Boom der Elektroautos begann später. Das führt zum juristischen Faktum, dass derzeit nur das Recycling der Hälfte einer Autobatterie gesetzlich vorgeschrieben ist.

Der ADAC verweist darauf, dass es hierfür schon genügt, das Gehäuse und die Komponenten zu entfernen, um Stahl, Aluminium und Kunststoff zu recyceln. Das lohnt sich, erfasst aber nicht die wirklich seltenen Rohstoffe. Experten fordern daher, dass eine künftige EU-Richtlinie separate Ziele für das Recycling aller Rohstoffe in einer Autobatterie auflisten solle. Vor allem Lithium und Kobalt sollten recycelt werden. Damit lassen sich nicht nur wertvolle Rohstoffe gewinnen. Auch der CO₂-Fußabdruck, der bei der Herstellung der Batterien durch die Rohstoffgewinnung und -verarbeitung entsteht, lässt sich damit um ~40 % reduzieren.

EU Rücklaufziele

In der EU gibt es daher verpflichtende Rücklaufziele für Batterien aller Art. Bis 2016 war eine Rücklaufquote von 25 Prozent vorgeschrieben, inzwischen sind es (seit dem 01.01.2021) 50 Prozent. In Deutschland regelt das Batteriegesetz das Batterierecycling. Es schreibt unter anderem vor, dass jeder Verkäufer einer Batterie diese auch zurücknehmen muss. Die großen Autohersteller wie VW, BMW und Daimler, die inzwischen viele Elektroautos anbieten, haben daher in den letzten Jahren eigene Zentren für das Batterierecycling aufgebaut. Zudem gibt es in Bremerhaven den wichtigen Standort der UNI-CYC GmbH. Es ist die derzeit weltweit größte Anlage für Batterierecycling.

Hier kommt das sogenannte SORBAREC-Röntgen-Verfahren zum Einsatz, das die derzeit höchste Präzision und Geschwindigkeit beim Sortieren von Rohstoffen in Altbatterien erreicht. Ebenfalls in Bremerhaven hat das Recyclingunternehmen Redux seinen Sitz, das mit der UNI-CYC GmbH geschäftlich verbunden ist. Bei den Starterbatterien für Autos wird ein Pfand von 7,50 Euro erhoben. Diese entrichtet der Käufer einer neuen Starterbatterie. Sie werden ihm gutgeschrieben, wenn er beim nächsten Kauf die verbrauchte Starterbatterie zurückgibt. Das System hat dazu geführt, dass Starterbatterien in Deutschland praktisch vollständig in den Recyclingkreislauf gelangen.

Hürden beim Recycling von Autobatterien

Es gibt mehrere Hürden innerhalb des Recyclingprozesses:

• Die Demontage der Batterien ist nicht unkompliziert.
• Der nächste, schwierige Schritt ist die Sortentrennung der enthaltenen Materialien.
• Es gibt sehr viele verschiedene Batteriesysteme. Das erschwert enorm die Automatisierung von Abläufen bzw. macht sie teilweise unmöglich.
• Von den meisten Batterien kennen die Recyclingunternehmen nicht die genaue innere Struktur. Das liegt daran, dass die Hersteller diese nicht publizieren, um ihr Know-how nicht preiszugeben.
• Das Recyceln erfordert durchaus viel Energie und ist nur dann umweltfreundlich, wenn es sich um erneuerbare Energie handelt.
• Recyceln ist derzeit bei vielen Batterien teurer als die Gewinnung von Rohstoffen aus Minen.
• Es gibt noch keine Infrastruktur, mit der alte E-Auto-Batterien eingesammelt werden. Bislang obliegt es der Verantwortung der Hersteller, die Batterien zurückzunehmen, wozu sie gesetzlich verpflichtet sind. Bei einem künftigen Massenaufkommen von alten E-Auto-Akkus könnten sie aber überfordert werden.

Lösungsansatz

Ein schon praktizierter Lösungsansatz ist die Miete bzw. das Leasing von Autobatterien. Diese verbleiben damit im Besitz der Hersteller, die sich somit auch um das Recycling kümmern. Ein Vorreiter dieser Methode ist Renault, allerdings stößt das Modell bei den E-Auto-Fahrern nicht nur auf Zuspruch: Es ist einfach teurer als der Kauf der Batterie. Die Kosten kalkuliert Renault aber deswegen so hoch, weil der Konzern selbst nicht genau weiß, wie teuer das massenhafte Recycling ab etwa 2030 wird. Zu erwarten ist für die Jahre bis 2025, dass sich solche Kalkulationen an die zunehmend bekannte Realität des Recyclingkreislaufs annähern. Dann wird entweder das Leasing der Batterien günstiger, oder sie müssen teurer verkauft werden. Gleichzeitig werden aber beim industriellen Recycling allein aufgrund der Masse die Kosten sinken.

Wie funktioniert das Recycling von Autobatterien technisch?

Die Technik hängt im Detail vom Aufbau der Batterie ab. Zinkhaltige Batterien etwa werden vorrangig durch den Imperial-Smelting- oder den Batrec-Prozess recycelt. Nickel-Cadmium-Akkumulatoren lassen sich in einem Vakuumdestillationsofen oder einem Pyrolyseofen recyceln. Auch Nickel-Metallhydrid-Akkus werden per Vakuumdestillation recycelt. Das entscheidende Verfahren für das Recycling von E-Auto-Batterien betrifft allerdings Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Diese enthalten Kupfer, Aluminium, Kobalt, Nickel und Lithium. Die Schritte beim Recyclingprozess sind:

• Deaktivierung des Akkus, vollständige Entladung
• Demontage des Batteriesystems
• Schreddern, Sortieren und Sieben
• Elektrolytrückgewinnung
• Materialtrennung durch Hydrometallurgie und Pyrometallurgie

Theoretisch lassen sich mit diesen Schritten über 90 Prozent der Rohstoffe rückgewinnen, praktisch sind es rund 40 Prozent. Das ist ein Durchschnittswert, der in einzelnen Recyclingunternehmen höchst verschieden ausfällt. Das liegt daran, dass es höchst unterschiedliche Ansätze beim Recycling gibt. Die hier beschriebenen Schritte stellen quasi einen idealen Ablauf dar, doch an diesen halten sich nicht alle Firmen. Die belgische Recyclingfirma Umicore etwa verbrennt die Akkus zunächst. Bei diesem Verfahren der sogenannten thermischen Aufschmelzung ist sie Weltmarktführer. Die verbrannten Rückstände des Akkus kommen in eine Mühle, es entsteht ein schwarzer Staub. Dieser lässt sich mit physikalischen Verfahren in seine Bestandteile trennten, weil die enthaltenen Körnchen Kobalt, Nickel und Kupfer unterschiedliche spezifische Gewichte haben. Sie lassen sich also ausfällen. Nachteilig ist an dem Verfahren, dass es nicht imstande ist, Lithium, Elektrolyt, Graphit und Aluminium rückzugewinnen.

Recyclingquote

Das deutsche Unternehmen Duesenfeld kühlt die Batterie mit flüssigem Stickstoff, zerschreddert sie und kann Mangan, Graphit, Kobalt, Nickel und auch Lithium wiedergewinnen. Es schafft bei diesen Rohstoffen eine sagenhafte Recyclingquote von 96 Prozent. Das Fraunhofer IWKS gewinnt nicht einzelne Rohstoffe oder Metalle, sondern zusammenhängende Funktionsmaterialien. Es setzt hierfür einen mechanischen Prozess der elektrohydraulischen Zerkleinerung ein: Kontrollierte elektrische und hydraulische Schockwellen zerlegen die Lithium-Ionen-Batterien. Sie werden hierfür ins Wasser gelegt, das unter Strom gesetzt wird. Die elektrische Schockwelle trennt einzelne Bestandteile der Batteriezellen ab. Für ein Kilogramm Batteriematerial sind 1,5 kWh Strom nötig, der 2.000 bis 5.000 Mal pulsiert. Das Material wird nun hydraulisch separiert. Dabei lassen sich praktisch alle Rohstoffe rückgewinnen, allerdings mit einer etwas niedrigeren Quote als beim Verfahren von Duesenfeld. Es gibt noch mehr Methoden mit jeweils unterschiedlichen Vorzügen und Nachteilen.

Fazit

Das Recycling von E-AutoBatterien ist ein Geschäftsfeld mit sehr großer Zukunft, auch für Aktieninvestitionen. Inzwischen wird daran so intensiv geforscht wie an der Produktion leistungsfähiger Akkus. An der Wiederverwendung von Rohstoffen läßt sich im Aktien– und Aktienfondsbereich gut verdienen. Einige Rohstoff und Recyclingunternehmen sind hier wertneutral aufgelistet:

Minerals Aktie WKN: 541856 ISIN: AU000000MSC6
North Peak Resources Aktie WKN: A2P71W ISIN: CA6614441096
Alpha Lithium Aktie WKN: A2PNLY ISIN: CA02075W1059
Aqua Aktie WKN: / ISIN: TH0793010R18
American Lithium Aktie WKN: A2DWUX ISIN: CA0272592092
Aurubis Aktie WKN: 676650 ISIN: DE0006766504 – Symbol: NDA