Aus alt mach neu – Batterierecycling in Salzgitter

Die erste Anlage für das Recycling ausgedienter E-Auto-Batterien startet ihren Betrieb. Wir blicken zurück auf die Entwicklung dieses innovativen und nachhaltigen Verfahrens.

Die Modelle ID.301 und ID.402 öffnen für die Marke Volkswagen und den gesamten Konzern ein neues Kapitel und machen Elektromobilität massentauglich. Für den Betrieb der E-Fahrzeuge wird Strom benötigt, gespeichert in vielen kleinen Batteriezellen und schuhkartongroßen Modulen. Sie sind das Herz des E-Fahrzeugs – und seine Schlüsselkomponenten. Doch was passiert, wenn eine Batterie das Ende ihres Lebens erreicht? Die Lösung wurde von der Forschung und Entwicklung des Volkswagen Konzerns gefunden und gemeinsam mit Volkswagen Group Components serienreif gemacht: Ein innovatives und nachhaltiges Verfahren für Batterie-Recycling, das Volkswagen Group Components jetzt am Standort Salzgitter in einer Pilotanlage einsetzt.

„Unser Ziel ist es, einen eigenen Kreislauf mit mehr als 90 Prozent Wiederverwertung unserer Batterien zu schaffen“, sagt Thomas Tiedje, Leiter der Technischen Planung der Volkswagen Komponente. „Wir wollen den Prozess an keiner Stelle aus der Hand geben, sondern qualifizieren lieber unsere eigenen Mitarbeiter und machen sie damit fit für die Zukunft.“ Die Besonderheit: Es kommen ausschließlich Batterien ins Recycling, die wirklich nicht mehr anders nutzbar sind. Davor wird geprüft, ob die im Batteriesystem verbauten Module noch in einem guten Zustand sind und möglicherweise ein zweites Leben in mobilen Energiespeichern wie flexiblen Schnellladesäulen oder Laderobotern erhalten können. Damit verlängert sich die Nutzungsdauer der Module erheblich.

Aus der Forschung in die Entwicklung: Wie Volkswagen zum Recycling kam

Ein Autobauer, der selbst recycelt? Vor rund 12 Jahren sorgte die Idee von Volkswagen-Doktorandin Stella Konietzko zunächst für Verwunderung. Die Geologin wollte untersuchen, aus welchen Quellen Metalle wie Lithium, Kobalt, Stahl und Aluminium für die Automobilindustrie wieder verfügbar gemacht werden können – und welche Rolle der Volkswagen Konzern selbst darin spielen könnte. Ein Thema, dass damals eigentlich noch in weiter Ferne und doch gleichzeitig so relevant war, dass daraus schnell ein großes Forschungsprojekt der Technischen Universität (TU) Braunschweig wurde. Gemeinsam mit zehn weiteren Partnerunternehmen entwickelten die TU und der Volkswagen Konzern von 2009 bis 2011 ein Verfahren zum Recycling von Lithium-Ionen-Batterien auf ihre Machbarkeit. Der Gewinner: Den LithoRec-Prozess, der jetzt in Salzgitter in die Praxis umgesetzt wird.

Doch 2011 sah der Automobilmarkt noch ganz anders aus. Die Marke Volkswagen knackte bei den Auslieferungen erstmals die Fünf-Millionen-Grenze, der Volkswagen Up03 war das Modell der Saison und MAN frisch Teil des Konzerns. Recycelbare Batterien aus E-Autos gab es kaum. Dennoch lief die Entwicklung des LithoRec-Prozesses in der Technischen Entwicklung von Volkswagen weiter. „Wir haben nicht zu früh angefangen, sondern genau rechtzeitig. Jetzt haben wir die Chance, mit einem Verfahren an den Start zu gehen, das am Ende wirklich ökonomisch und ökologisch nachhaltig ist, ohne etwas übers Knie brechen zu müssen“, erklärt Marko Gernuks, Leiter der Life Cycle Optimierung von Volkswagen. Er hat LithoRec als Projektleiter über Jahre begleitet.

Wie funktioniert das Batterie-Recycling?

Bislang werden ausgediente Batterien meist pyrometallurgisch recycelt. Einfacher gesagt, sie landen einfach im Hochofen. Volkswagen Group Components nutzt zunächst ein mechanisches Verfahren: Kommt die Batterie ins Recycling, wird sie zunächst entladen und demontiert. Erste Rohstoffe wie ihr Aluminiumgehäuse, Kupferkabel und Kunststoff werden hier bereits wiedergewonnen und in den Produktionskreislauf zurückgeführt. Dann werden die Batteriemodule unter einer Schutzatmosphäre stark zerkleinert und durch den austretenden flüssigen Elektrolyten zu einer feuchten Masse, dem Granulat. Das wird getrocknet, durch diverse Siebe und ein Magnetband geleitet und dadurch immer feiner und feiner. Am Ende entsteht das so genannte „Schwarze Pulver“, das unter anderem wertvolles Graphit sowie Lithium, Mangan, Kobalt, und Nickel enthält. Ein Partnerunternehmen aus der Chemiebranche trennt es anschließend mit einem hydrometallurgischen Prozess, also unter Anwendung von Wasser und Lösemitteln, in seine einzelnen Bestandteile. Diese können als sekundäres Rohmaterial für den Bau von Kathoden von neuen Batterien genutzt werden – ohne jeden Qualitätsverlust gegenüber neuem, primärem Material.

Mit diesem sogenannten Closed-Loop-Ansatz will Volkswagen Group Components einen geschlossenen Materialkreislauf schaffen, der langfristig nicht nur den Primärbedarf des Konzerns an Rohstoffen reduziert, sondern auch den CO2-Fußabdruck der Batterien deutlich senken kann. „Wenn wir unsere Kathoden ausschließlich aus recyceltem Material herstellen, sparen wir mehr als eine Tonne CO2 pro Fahrzeug ein“, sagt Thomas Tiedje. Der erste Schritt in das industrialisierte Batterie-Recycling trägt also direkt zum Klimaschutz bei. Langfristig wirkt sich die fachgerechte Entsorgung der Batterie und die Wiederaufbereitung ihrer wertvollen Bestandteile ökologisch und wirtschaftlich nachhaltig aus. Sinken die Kosten, profitiert der Kunde. Auch das ist ein Ziel der Kreislaufwirtschaft zukünftiger Mobilität. Die nächsten Schritte bei Volkswagen Group Components in Salzgitter lauten deshalb: optimieren, optimieren, optimieren. Sobald die Pilotanlage ihre Kapazitätsgrenze erreicht hat, können größere Anlagen folgen ‒ damit E-Mobilität trotz limitierter Rohstoffe massentauglich wird.

So funktioniert die Batteriezelle Sie ist die kleinste Einheit in einem Batteriesystem, kann Energie speichern und wieder abgeben – die Batteriezelle. In der Zelle wird elektrische in chemische Energie (Laden) umgewandelt – und umgekehrt (Entladen). Kernbestandteil sind dabei zwei Elektroden: die Anode und die Kathode. Beide trennt ein für Lithium-Ionen durchlässiger Separator. Alles umgibt eine leitfähige Flüssigkeit – der Elektrolyt. Beim Laden wandern Lithium-Ionen von der Kathode in Richtung Anode und geben Elektronen an die Kathode ab. Dabei passieren sie den Separator und nehmen an der Anode Elektronen auf. Beim Entladen wandern Lithium-Ionen zurück in Richtung Kathode, wobei der abgegebene Strom für Energieverbraucher genutzt werden kann. Aktuell werden im MEB-Batteriesystem mehrere dieser Zellen eingesetzt. Mehrere Zellen werden zu einem Modul und mehrere Module zu einem Batteriesystem verschaltet.