Batterien: Mit smarten Entscheidungen nachhaltig produzieren TU Braunschweig begründet Transparenzplattform und kooperiert mit Australien

Gemeinsame Pressemitteilung der Technischen Universität Braunschweig und des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST

• Wichtigste Ergebnisse des Verbundprojektes: Eine Transparenzplattform und die Kooperation mit der University of Melbourne im rohstoffreichen Australien
• Wissenschaftler*innen fördern ganzheitliche Nachhaltigkeitsbewertung und Entscheidungsunterstützung in der Batterieproduktion.
• Besonders Unternehmen können von den gewonnenen Erkenntnissen profitieren, um neue und strengere Vorgaben, insbesondere die EU-Batterieverordnung, zu erfüllen.

Neue Regularien verpflichten Batteriehersteller dazu, einen Mindestanteil an recycelten Materialien zu verwenden sowie einen Nachweis über die Herkunft von Rohstoffen und den CO₂-Fußabdruck von Batteriezellen zu führen. Im Speziellen geht es dabei um kritische Rohstoffe für die Batteriezellherstellung wie Nickel, Lithium und Kobalt. Außerdem stehen Unternehmen vor der Herausforderung, Transparenz über ihre Lieferketten zu schaffen und Informationen von Lieferanten zum Zweck der Nachweisführung zu sammeln. Um diese Vorgaben erfüllen zu können, sind Informationen über Wertschöpfungsrouten und Qualität von Kathodenaktivmaterialien nötig, die aus Rohstoffen unterschiedlicher Herkunft synthetisiert werden.

Genau hier setzte das Projekt „Sustainable and Transparent Battery Materials Value Chains for a Circular Battery Economy“ (SUSTRAB), koordiniert von der TU Braunschweig, an.

Globale Lieferketten, globale Relevanz: TU Braunschweig kooperiert mit University of Melbourne

Das Projekt wurde durch mehrere assoziierte Partner unterstützt, darunter das australische Verbundprojekt „Future Battery Industries CRC“ (FBICRC), das Primärmaterialien aus Australien sowie Expertenwissen zur Materiallieferkette lieferte. Aufgrund der globalen Relevanz der Verkehrs- und Energiewende, stellt die Kooperation australischer und deutscher Partner einen wichtigen Beitrag zur Erschließung neuer Wertschöpfungsrouten dar.

Während der Industriestandort Deutschland verstärkt Produktionskapazitäten für Batterien ausbaut, verfolgt Australien das Ziel, sich als Lieferant ökologisch nachhaltiger Batterierohstoffe zu etablieren. Im Rahmen von SUSTRAB konnte die TU Braunschweig einen Kooperationsvertrag mit der University of Melbourne schließen, der die Forschung und Internationalisierung über das Projektende hinaus gewährleisten soll.

Weitere Projektergebnisse:

• Das Institut für Partikeltechnik (iPAT) der TU Braunschweig analysierte in der Battery LabFactory Braunschweig (BLB) kleinskalig hergestellte Batteriesuspensionen. Die Wissenschaftler*innen haben Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen abgeleitet, um so den Einfluss neuartiger nickelreicher Kathodenaktivmaterialien verschiedener Herkunft auf die Zellperformance bewerten und vorhersagen zu können. Das bedeutet, dass Aktivmaterialien, die mit hohem Energieaufwand hergestellt werden, nur noch in geringen Mengen vorliegen müssen, damit eine Eignung als Batteriebestandteil geprüft werden kann und bei der Prozessierung Materialverluste minimiert werden können.
• Das Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) an der TU Braunschweig entwickelte eine Transparenzplattform, die zum einen die strukturierte Eingabe von Produktionsdaten zwecks Ökobilanzierung und zum anderen in einem Blockchain-Netzwerk den vertrauensvollen Austausch von Daten zwischen Organisationen in der Batteriewertschöpfungskette zwecks Nachverfolgung der Materialien ermöglicht. Die prototypische Anwendung findet Einzug in das EducationLab der BLB und steht dort als Demonstrator Studierenden, Forschenden und der interessierten Öffentlichkeit zur Verfügung.
• Bei BASF SE konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, nickelreiche Kathodenaktivmaterialien mit hoher Zyklenlebensdauer sowohl mit Rohmaterialien aus unterschiedlichen Primärquellen als auch mit sekundären Rohmaterialien aus Recyclingprozessen sowie Mischungen diverser Rohmaterialquellen herzustellen. Die Erkenntnisse geben Gewissheit über den Einsatz verschiedener Materialmischungen zur Erreichung der Vorgaben der EU-Batterieverordnung. Hiernach müssen Recyclinganteile von 16 Prozent für Kobalt und 6 Prozent jeweils für Nickel und Lithium ab 2031 nachgewiesen werden.
• BELLA („Battery and Electrochemistry Laboratory“) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat unter Nutzung moderner Methoden eine detaillierte Charakterisierung der Kathodenaktivmaterialien durchgeführt. Insbesondere wurden deren Eigenschaften und elektrochemische Performance verglichen und gezeigt, dass die Proben, unabhängig von den verwendeten Rohmaterialien, ähnliche Merkmale aufweisen. Die Entwicklung neuer Charakterisierungsverfahren ermöglicht den zuverlässigen Nachweis der Produktqualität bei unterschiedlichen Materialzusammensetzungen.
• Am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST wurden ebenfalls nickelreiche Kathodenaktivmaterialien aus unterschiedlichen Primär- und Sekundärrohstoffen synthetisiert, um deren Einflüsse auf die resultierenden Produkteigenschaften der Kathodenaktivmaterialien zu ermitteln. Hierbei zeigte sich, dass Sekundärrohstoffe und Primärrohstoffe unterschiedlicher Herkunft bei hohen Reinheitsgraden zu Produkten mit äquivalenten Eigenschaften führen.

Der Projektkoordinator Professor Christoph Herrmann fasst zusammen: „Transparente Wertschöpfungsrouten sind ein zentraler Baustein für die nachhaltige Entwicklung komplexer Produktionsnetzwerke. Wenn über 40 Prozent des Treibhausgaspotentials einer Batterie in den verbauten Materialien begründet ist, dann liegt in der Gestaltung nachhaltiger Wertschöpfungsrouten ein großer Hebel zur Minderung von Emissionen. In SUSTRAB haben wir gezeigt, wie Transparenz über die Herkunft von Materialien vertrauenswürdig realisiert werden kann und, dass bei gleichbleibender Qualität, das Treibhausgaspotential in Abhängigkeit von den gewählten Wertschöpfungsrouten erheblich gesenkt werden kann.“

Projektdaten

Das Projekt SUSTRAB wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Klima- und Transformationsfonds vom 01.10.2021 bis 31.03.2025 mit ca. 2,65 Millionen Euro gefördert. Davon gingen über 840.000 Euro an die TU Braunschweig.