Forscher: Elektroauto-Batterien derzeit schwer zu recyceln

Elektroautos brauchen Batterien, hinter denen eine milliardenschwere Industrie steht. Allein in Norwegen werden derzeit fünf Gigafabriken gebaut, in denen später die Stromspeicher für Elektroautos hergestellt werden sollen. Wie umweltfreundlich diese Batterieproduktion ist, hängt davon ab, wie das Problem der Wiederverwendung gelöst wird.

„Das Problem ist, dass es eine Trennung zwischen den Unternehmen gibt, die die Batterien herstellen, und denen, die sie recyceln werden. Die Art und Weise, wie die Batterien hergestellt werden, erschwert das Recycling unnötig“, sagt Prof. Sulalit Bandyopadhyay, Batterieexperte an der Technisch-Naturwissenschaftlichen Universität Norwegens (kurz NTNU).

Was vier der neuen Fabriken gemeinsam haben, ist, dass sie alle Batteriezellen für die Batterien herstellen werden. „Wir können der Industrie helfen, indem wir Batterien herstellen, die viel leichter zu recyceln sind“, so Bandyopadhyay. Ein Schwerpunkt, der bald noch wichtiger werden könnte. Nicht nur, weil es immer mehr E-Autos werden, sondern auch, weil ihr Wert auf dem Gebrauchtwagenmarkt maßgeblich vom Zustand beziehungsweise der Verwertungsmöglichkeit der Batterien abhängen wird.

Neue Märkte, neue Vorschriften, neue Batterien

Vor einigen Jahren schätzte das größte unabhängige Forschungsinstitut Skandinaviens, dass allein bis 2030 in Europa 55 neue Batteriefabriken benötigt werden, um den Bedarf zu decken. Bis 2050 würden weltweit 600 solcher Fabriken erforderlich sein.

Während in Deutschland die Zahl der neu zugelassenen Elektrofahrzeuge mit Auslaufen der Förderung Ende 2022 spürbar eingebrochen ist, fahren in Norwegen fast vier von fünf Neuwagen elektrisch. Weltweit liegt der Anteil neuer Elektroautos bei etwa zehn Prozent – Tendenz steigend. Im vergangenen Jahr wurden fast acht Millionen neue Elektroautos auf die Straße gebracht.

Die Batterien in all diesen Autos enthalten seltene Metalle, die teuer, manchmal schwer zu beschaffen und oft sehr umweltschädlich sind. All diese Umweltauswirkungen der Elektroautos werden noch fragwürdiger, wenn es nicht gelingt, die Materialien in den Batterien wiederzuverwenden. „Wir werden in Zukunft die Batterien von Elektroautos recyceln müssen“, sagt Bandyopadhyay.

Einerseits plant die EU dafür einen ab 2027  verbindlichen „Batteriepass“, der wichtige Daten zusammenführen und für alle Akteure einsehbar machen soll. Andererseits planen die norwegischen Forscher die Entwicklung und Herstellung gänzlich neuer Batterien, die sich aufgrund ihrer Art und Weise sehr viel einfacher recyceln lassen. Geleitet wird die Gruppe durch Prof. Bandyopadhyay, der sich bereits seit vielen Jahren mit Batterien und Recycling beschäftigt.

Stark wachsender Markt

Speziell untersuchen die Forscher im Rahmen des „HolE-LIB“-Projekts, wie das Lithium in den Batterien leichter recycelt werden kann. Das ergänzt die bisher praktizierte Aufbereitung von vor allem Nickel, Kobalt, Kupfer, Aluminium und Stahl.

Die Hauptgründe dafür, dass die Batteriefabriken die Stromspeicher nicht besser recyceln, sind „eindeutig wirtschaftlicher Natur“, so Bandyopadhyay. Insbesondere bei der Rückgewinnung von Lithium kommt hinzu, dass bislang metallurgische Prozesse erforderlich waren. Diese benötigen viel Energie und/oder hinterlassen schädliche Nebenprodukte, weiß auch Oleksandr Dolotko vom Karlsruher Institut für Technik. Gemeinsam mit Kollegen erforscht er seinerseits das Recycling von gebrauchten Li-Ionen-Batterien.

Und es gibt noch ein Material, das bislang nicht wiederverwendet werden kann, erklärte Gunstein Skomedal, Produktmanager eines norwegischen Batteriematerialherstellers. „Alle Li-Ionen-Batterien haben gemeinsam, dass sie Graphit als Anodenmaterial verwenden – was derzeit nicht recycelt wird.“ Mit einer neu entwickelten Methode möchten die Norweger auch dieses wieder aufbereiten. Das sei wichtig, „damit wir in der Zukunft alle wertvollen Materialien in der Batterie recyceln können.“

Prof. Bandyopadhyay aus Norwegen erklärte weiter: „Ja, es ist teurer, Batterien herzustellen, die leichter zu recyceln sind. Aber an dem Tag, an dem die Vorschriften für das Recycling strenger werden, wird es Geld kosten, die Batterieproduktion neu zu gestalten und umzubauen.“

Zweitverwendung von Batterien schwierig

Im Sinne des Lebenszyklus noch besser wäre allerdings, nicht nur die Rohstoffe wieder aufzubereiten, sondern die Stromspeicher als solche länger zu verwenden. Daher haben die Forscher der NTNU auch untersucht, ob alte Batterien repariert werden können und ob diese dann vielleicht für andere Zwecke als Autos verwendet werden können. Laut Bandyopadhyay werden Batterien aus den Fahrzeugen ausgebaut, wenn sie eine gewisse Kapazität (80 Prozent) unterschreiten. Diese schwächeren Speichereinheiten können nach Ansicht der Forscher dennoch später in anderen Bereichen eingesetzt werden, etwa für die Straßenbeleuchtung oder verschiedene Haushaltszwecke.

Die beiden gängigsten Batterietypen enthalten entweder Nickel, Mangan und Kobalt (sogenannte NMC-Akkumulatoren) oder Lithium, Eisen und Phosphor (LFP-/Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren). LFPs sind im Allgemeinen für andere Zwecke ungeeignet. Doch auch die NMCs sind problematisch, da sie nach ihrer Verwendung für andere Zwecke ohnehin recycelt werden müssen. Die technischen Hindernisse sind jedoch nicht das ganze Problem.

„Wir können uns vorstellen, einige der defekten Batteriezellen auszutauschen und diese Stromspeicher dann für etwas anderes zu verwenden. Aber hier stoßen wir auf rechtliche Probleme und die Frage, wer danach die Verantwortung für die Batterie trägt. Ist die Batteriefabrik oder die Person, die die Zellen repariert hat, verantwortlich“, sagt Bandyopadhyay.

Die Studie erschien am 14. Februar 2023 im Fachblatt „The Minerals, Metals & Materials Series“.