Wie funktioniert Battery Life Cycle Management?

Nach etwa 1.000 Ladezyklen – die nach etwa zehn Jahren oder 150.000 gefahrenen Kilometern erreicht sind – reicht die Leistung eines typischen Lithium-Ionen-Akkus für den Antrieb eines Fahrzeugs nicht mehr aus. Doch das bedeutet nicht, dass die Batterie nicht mehr einsatzfähig ist, denn sie enthält noch etwa 50 bis 70 Prozent ihrer Energieleistung. In den zweiten Anwendungssystemen können diese Batterien ihr nächstes Leben starten, zum Beispiel als Speichermedien für Wind- und Solarenergie, im Einsatz zur Stabilisierung des Stromnetzes, als Notstromversorgung oder auch für das Aufladen von E-Autos.

Bis 2025 soll die Zahl der E-Fahrzeug-Batterien von aktuell 55.000 auf 3,4 Millionen ansteigen. Gegenüber neuen Batterien können Unternehmen durch die Nutzung gebrauchter Batterien neben der Senkung des CO2-Fußabdrucks auch Kosten sparen. Die Nachfrage nach Gebraucht-LIB als Zwischenspeicher der Stromversorger steigt bereits. Insbesondere im Bereich der erneuerbaren Energien können die LIB Stromüberschuss speichern und gezielt wieder in das Netz einspeisen.

„Als Recyclingunternehmen arbeiten wir daher bereits von Anfang an mit den Automobillogistik-Dienstleistern zusammen und erstellen gemeinsame Konzepte für die Wartung, Prüfung, Weiterverwendung und das anschließende Recycling von Batteriesystemen“, berichtet Dr. Ansgar Fendel. Allerdings weist er darauf hin, dass es für eine Nutzung der Batterien im Second Life zunächst einer Prüfung auf die Eignung bedürfe, denn Second-Life-Batterien hätten eine höhere Ausfallrate und einen kürzeren Lebenszyklus. Die weitere Nutzung der LIB sei abhängig von Größe und Art der Batterie sowie ihrem Zustand und dem technischen Aufbereitungsaufwand. Auch der Einsatzmarkt bestimme, ob eine LIB einen zweiten Einsatzzyklus erhält oder nicht.

Aktuelle Geschäftsmodelle sehen bislang primär die Nutzung einzig eines Batterietypen pro Projekt vor, da sich die Modelle in Form und Funktion deutlich unterscheiden. „Um diese zweite Nutzung der Systeme weiter zu vereinfachen, sollte daher eine Standardisierung der Batteriesysteme vorgenommen werden, damit Montage und Demontage weniger aufwendig werden und der Automatisierungsgrad in den Prozessen weiter erhöht werden kann“, fügt Lukas Brandl, Leiter Batterierecycling bei dem Recyclingrohstoffunternehmen TSR Recycling, hinzu.

In der Europäischen Union werden Hersteller von Batteriezellen und Automobilhersteller dazu verpflichtet, die Sammlung, Behandlung und das Recycling aller gesammelten Batterien zu übernehmen. Auch in China gibt es vergleichbare Vorschriften, in den USA in einzelnen Bundesstaaten.

Die erste Herausforderung des Batterierecyclings ist die Lagerung. „Gebrauchte Lithium-Ionen-Batterien müssen in UN-zugelassenen Behältern, mitunter mit zusätzlichem feuerhemmendem Material gefüllt, in einem abgeschlossenen Lagerraum mit abgetrenntem und brandabschnittsbildendem Bereich gelagert werden. Die Kehrseite der LIB ist leider, dass defekte Batterien ein erhebliches Sicherheits- und Brandrisiko darstellen. Unsere Mitarbeiter kümmern sich um die Demontage und prüfen die Batterien daher zunächst auf Defekte. Sollte eine weitere Nutzung der Batterie nicht möglich sein, übergeben wir sie an ein Recyclingunternehmen“, erklärt Dr. Marcus Ewig.

Lukas Brandl ergänzt: „Wir demontieren die LIB bis auf Modulebene, führen zusätzlich Tiefenentladungen durch und arbeiten für eine tiefere Wertschöpfung mit weiteren Recyclingpartnern. So gewährleisten wir eine optimale Rückgewinnung der Rohstoffe und leisten einen entscheidenden Beitrag zum Schließen von Stoffkreisläufen.“

Zu den wesentlichen Wertträgern gehören neben Kobalt und Nickel auch Kupfer, Eisen/Stahl und Aluminium. Recyclinganlagen, wie die derzeit weltweit größte Anlage für LIB-Recycling, können bis zu 7.000 Tonnen pro Jahr behandeln. Kupfer, Aluminium und Kunststoff werden direkt aus der Demontage der LIB-Module gewonnen. Danach erfolgt die Zerlegung der Zellen, wodurch die sogenannte Schwarzmasse gefördert wird, aus der Kobalt, Nickel und Mangan zurückgewonnen werden. Lithium kann in einem Folgeprozess durch einen Lithiumverarbeiter zurückgewonnen werden, wobei dieses Verfahren aktuell sowohl noch einen hohen Aufwand als auch Kostenfaktor aufweist. Gehäuse und Elektronik werden in separaten Prozessen behandelt. Laut dem Fraunhofer-Institut ISI wird der Demontage-Ertrag auf 210 bis 240 Euro pro Tonne Batterie geschätzt, wobei die Hälfte davon auf das Aluminium entfällt, ein Viertel jeweils auf Stahl und Kupfer. Das eigentliche Zellrecycling ist komplexer, hierfür liegen laut Fraunhofer ISI noch keine Kostendaten vor.

„Das Ziel ist es, möglichst alle Bestandteile einer Batterie zu recyclen, damit diese wieder für den Bau neuer Batterien genutzt werden können und um so die Ressourcen zu schützen“, so Christian Kürpick, Projektleiter RETRON bei REMONDIS. Obwohl das Recycling der LIB noch kostspielig und aufwendig ist, geben hier Markt, Politik und Gesellschaft immer neue Impulse und treiben die Entwicklung neuer Methoden voran.

Wenn sich laut dem Fraunhofer ISI für die LIB hohe Sammelquoten und eine Rückgewinnung von 25 bis 30 Prozent des Lithiums aus Altbatterien gewährleisten lassen, könnte dies zehn bis 30 Prozent des jährlichen Bedarfs für die Produktion bis 2050 decken. Autohersteller könnten den Barwert der Batterie im Second Life im Anschaffungspreis miteinkalkulieren, was den Preis der Fahrzeuge weiter senken und eine erweiterte Nutzung von E-Autos fördern würde. Eins ist sicher: Logistik und Entsorgungswirtschaft sind an Bord und bereiten den Weg für ein holistisches, nachhaltiges Battery Life Cycle Management.