Batterieproduktion: Wohin mit dem Abfall? Forschende recyceln Elektrodenausschuss im industriellen Maßstab

Die Technische Universität Braunschweig arbeitet als Partnerin in einem hochkarätigen Konsortium aus Forschung und Industrie daran, Produktionsausschüsse aus Gigafactories direkt in den Fertigungskreislauf zurückzuführen. Ziel ist es, die Abhängigkeit von Rohstoffimporten massiv zu senken und den ökologischen Fußabdruck von Lithium-Ionen-Batterien zu halbieren. Denn: In der Batterieproduktion der Zukunft ist Abfall kein Entsorgungsfall, sondern eine wertvolle Ressource.

Trotz modernster Technik liegt die Ausschussrate in der Batteriezellproduktion – insbesondere in der Hochlaufphase – oft deutlich über 10 Prozent. Da diese Materialien bereits hochwertige Elemente wie Lithium, Nickel und Kobalt enthalten, ist ihre Vernichtung oder das energieintensive herkömmliche Recycling ökonomisch und ökologisch ineffizient. Einen innovativen Ansatz für diese Herausforderung verfolgt das Verbundprojekt SkArec (Skaliertes und ressourcenschonendes Ausschussrecycling für die industrielle Batteriezellenproduktion): das direkte Recycling. Hierbei werden Anoden- und Kathodenmaterialien trocken-mechanisch oder lösungsmittelbasiert aufbereitet, ohne sie chemisch auf molekularer Ebene zerlegen zu müssen.

Vom Labor in die Gigafactory

Während die Verfahren im Kompetenzcluster Recycling & Grüne Batterie (greenBatt) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF, jetzt BMFTR) bereits im Labormaßstab erfolgreich getestet wurden, hebt SkArec diese Prozesse nun auf die industrielle Pilot-Skala (konkret: Technology Readiness Level 6):

Trocken-mechanische Aufbereitung (Kathode): Skalierung auf einen Durchsatz von 50 kg/h,
Lösungsmittelbasierte Aufbereitung (Anode): Skalierung auf 10 kg/h,
Erarbeitung eines Anlagenlayouts für industrielle Großanlagen mit einem Durchsatz von 1 t/h.

Innovation durch Qualitätssicherung und modulare Anlagen

Damit die hohen Recyclingquoten erreicht werden können, definieren die Forschenden sogenannte Quality-Gates. Durch tiefgehende physikalische und chemische Analysen werden Grenzwerte für Verunreinigungen festgelegt. Dies schafft die notwendige Sicherheit für die industrielle Wiederverwendung der Sekundärmaterialien in neuen Batteriezellen.

Zudem setzt das Projekt auf modulare Recyclinganlagen. Dieses Konzept ermöglicht es Unternehmen, ihre Recyclingkapazitäten flexibel an das Produktionsvolumen anzupassen, Anfangsinvestitionen zu senken und die Wettbewerbsfähigkeit des Standorts Deutschland zu stärken.

Ein Beitrag zu den Klimazielen

Mit dem Fokus auf Energie- und Ressourceneffizienz leistet das Verbundprojekt SkArec einen wesentlichen Beitrag zum Dachkonzept Batterieforschung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Das Ziel: Batterien aus Sekundärmaterialien zu fertigen, die nur noch maximal 50 Prozent des Treibhausgaspotentials primär hergestellter Batterien aufweisen.

Ein starkes Konsortium für die Batteriewende

Das Projekt bündelt mit Partner aus Wissenschaft und Industrie die Expertise entlang der gesamten Wertschöpfungskette:

VARTA Microbattery GmbH (VMB): Bereitstellung von Ausschussmaterial, Zellherstellung und industrielle Validierung.
TU Braunschweig (iPAT): Expertise in Prozesstechnologie und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen, Entwicklung und Optimierung des Ausschussrecyclings im Labormaßstab.
Hochschule Aalen (IMFAA): Mikrostrukturelle Analyse und Entwicklung der Quality-Gates.
Hosokawa Alpine AG & acp systems AG: Maschinen- und Anlagenbau für die Skalierung der mechanischen und nasschemischen Prozesse.
EurA AG: Ökologische (LCA) und ökonomische (LCC) Bewertung.
E-LYTE (Assoziierter Partner): Entwicklung spezialisierter Elektrolyte für Recyclingmaterialien.