Marktprognosen sehen im laufenden Jahrzehnt eine Verfünffachung der verkauften Batteriemengen von 230 GWh auf 1,3 TWh(1) – eine enorme Steigerung, die sich auch in den darauffolgenden Jahren im Recycling bemerkbar machen wird.

Diese Mengen müssen weiterverarbeitet und dem Stoffkreislauf wieder zugeführt werden. Vor allem mit Blick auf den Transport und die Lagerung sind Sammelstellen und Batterierecyclingunternehmen mit steigenden Herausforderungen konfrontiert.

Aber erstmal zu uns: Die Accurec ist ein 1995 gegründetes Batterierecyclingunternehmen mit zwei Standorten in NRW. Unsere lange Erfahrung im Batterierecycling begann mit Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd). 2006 kamen auch Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren (NiMH) hinzu. In den darauffolgenden Jahren konzentrierten wir uns mit unserem Forschungsteam vor allem auf die Entwicklung von Recyclingmethoden für Lithium-Ionen-Akkumulatoren (LIB). 2012 und 2015 beendeten wir unsere ersten Forschungsprojekten zu Consumer- bzw. zu Elektromobilitätsbatterien. Ein Jahr später implementierten wir die ersten Ergebnisse in unserer neuen Be-triebstätte in Krefeld. Hier erweiterten wir die Kapazität für LIB 2019. Die drei verbreitetsten Akkutypen, neben Bleiakkus: NiCd, NiMh und LIB verwerten wir also tatsächlich selber – was in Deutschland sicherlich ein Alleinstellungsmerkmal ist. Noch heute investieren wir gut 10% unseres Umsatzes jährlich, um bestehende Prozesse zu optimieren und neue Verfahren für zukünftige Batteriesysteme mitzugestalten. Zurzeit beenden wir die nächste Erweiterungsphase des Standortes und auch technisch entwickeln wir uns weiter.

Grundsätzlich beginnt unser Geschäftsgebiet mit der Sammlung, Sortierung von EOL-Batterien sowie der Demontage von EV-Batterien. Im Nachgang werden die LIB teilweise entladen, thermisch vorbehandelt und anschließend mechanisch aufbereitet. Hauptprodukt unseres Recyclingprozesses ist die sogenannte Aktivmasse (AM), eine sehr wandelbare Commodity, die die Hauptwertstoffe der Batterien enthält: Nickel & Cobalt. Die thermische Vorbehandlung erfolgt durch eine Pyrolyse. Sie ist ein wichtiger Schritt, die Sicherheit in der weiteren Verarbeitung zu garantieren. Um die Kapazität zu erhöhen und die Produktqualität zu verbessern haben wir gleich in 2 neue Technologien investiert: Die diskontinuierliche Vakuumpyrolyse (bereits in Betrieb genommen) und die kontinuierliche autotherme inerte Pyrolyse welche noch dieses Jahr in Betrieb genommen wird. Danach wird das Material einer mechanischen Aufbereitung unterzogen. Dazu werden die Zellen zerkleinert, dann gesiebt und anschließend magnetgeschieden, so dass neben der bereits erwähnten AM zusätzlich Aluminium- und Kupferfolien sowie eine Stahlfraktion entstehen. Anschließend können diese Produkte zu höherwertigen Materialien aufgereinigt werden um dann wieder in den Stoffkreislauf einzufließen.

Bevor Batterien allerdings recycelt werden können, beginnt die Arbeit mit deren Rücknahme, Lagerung und Transport. Heutzutage wird die Gesamtmenge verwerteter Lithium-Ionen-Batterien von kleinteiligen Sammlungen vorwiegend in Gemischen von Gerätebatterien dominiert. Die Li-Ion Batterien liegen in der unterschied-lichsten Form vor: als E-Bike & Powertool-Batterie, als Einzelzelle, Zellpaket, aber genauso als Elektrogerät mit eingebauter Batterie wie bspw. in Smartphones.

Immer wieder hören wir dabei aber von Bränden die durch Lithiumbatterien verursacht worden sind. Wie z.B. ein LKW auf der A31, der vollständig ausbrennt (Abb.1). Die Brandursache: ca. 700 kg unsachgemäß verpackte, noch teilgeladene Li-Batterien. Auslöser war ein Thermal Runaway (TR) einer einzelnen Zelle der in einem Gemisch von Batterien eine Kettenreaktion auslöst und gefährliche Mengen an toxischen Gasen freisetzten kann. Der TR wird aber nicht nur durch unsachgemäße Verpackung und damit mechanische Beanspruchung beim Transport ausgelöst, sondern auch durch andere Faktoren (Abb. 3). Hierzu zählen z.B. Über- oder Tiefenentladung sowie Alterung der Zellen. Das Kernproblem ist die unzureichende Sensibilisierung von Endverbrauchern, Mitarbeitern an Annahmestellen sowie Transporteuren für das Risiko – aber vor allem das Ausmaß – einer Selbstentzündung von LiB. Zudem ist in der kleinteiligen Sammlung an Sammelstellen völlig unklar und kaum feststellbar, in welchem Zustand sich die in den Sammelbehältnissen mit anderen Batterien vermischten LIB befinden. Die Wahrscheinlichkeit eines TR kann also unmöglich abgeschätzt werden, sodass es tatsächlich im Alltag zu einer stark zunehmenden Anzahl von Zwischenfällen kommt.(1,3)

Schwierigkeiten im Markt liegen zusätzlich darin, dass z.B. kaum Lagerkapazitäten für LIB in der EU zur Verfügung stehen. Um eine sichere Handhabung und Lagerung zu gewährleisten, wurden bei Accurec eine Vielzahl von betrieblichen und baulichen Maßnahmen erlassen die unter anderem folgende Punkte umfasst:

Verbot der Lagerung von LIB in Gebäuden außerhalb der Betriebszeiten

• Überdimensionierung der Rauch-Wärme-Abzugsanlage in Sortierung und Demontage sowie Gewährleistung von guter Zugänglichkeit zu Batterien
• Überwachung insbesondere außerhalb der Schichtzeiten – nämlich 24/7, einschl. Wochenende und feiertags. Stündlich werden alle Gebinde mit Infrarotkameras untersucht um Wärmenester frühzeitig zu entdecken
• Einhalten der 48-Stunden-Regel; d.h. nach einer Umverpackung von LIB in Gebinden darf dieses frühestens nach 48 Stunden das Gelände verlassen
• Zusätzlich sind alle fünf Lagersegmenten mit einer Sprühflut-Löschanlage ausgestattet, die mit 300 Kubikmeter Wasser die gelagerten Batterien 30 min. lang kühlen kann. (Abb. 2)

Zukünftig werden Herausforderungen zusätzlich darin bestehen, die Lagermengen wegen der Sicherheitsrisiken möglichst gering zu halten, und das bei rapider Zunahme des Altbatterieaufkommens. Konzeptionell kann dieser Herausforderung nur durch just-in-time Logistik mit anschließendem Recycling begegnet werden. Verstärkter Fokus bei Accurec liegt daher auf der Entwicklung und Umsetzung von robusten Verfahren um die E-Mobilität ökologisch zu begleiten und den Sicherheitsaspekten beim Umgang mit LIB gerecht zu werden.

Quellen:

1. C. Pillot, “The rechargeable battery market and main trends 2020-2030”, Avicenne Energy, Vortrag, ICBR, 2021
2. X. Feng, M. Ouyang, X. Liu, et al., “Thermal runaway mechanism of lithium ion battery for electric vehicles: A review”, Energy Storage Materials 10 246–267, 2018
3. R. Sojka, Q. Pan, L. Billmann, “Comparative study of Lithium-ion battery recycling processes”, ACCUREC Recycling GmbH, 2020

ACCUREC-Recycling GmbH

Circular-Economy-Bereich

• Batterierecycling

Innovative Technologien/Service

• Batterielogistik
• Sortieren von Batterien
• Thermische Vorbehandlung von Li-Ionen-Batterien
• Mechanische Aufbereitung von Li-Ionen-Batterien

Adressierter Werkstoff

• Lithium-Ionen-Batterien
• Aktiv Masse

Impact

• Einziger Industrieller Erstbehandler von
• Batterien mit Standort in NRW
• Über 90% des in LIB enthaltenen Cobalt,
• Nickel und Kupfer werden recycelt

www.accurec.de

Abbildungen:
Abbildung 1: Brennender LKW auf der Autobahn nach Batteriebrand
Abbildung 2: Batterielager der Accurec mit laufender Sprüh-Flut-Löschanlage
Abbildung 3: Auslöser und Ablauf eines Thermal Runaways(2)