Der Insider-Leitfaden für LCA im Batterierecycling

Mit einem sich entwickelnden Markt für Batterietechnologien hat das Recycling von Altbatterien an Interesse und Bedeutung gewonnen. Der Fokus des Recyclings liegt auf der Wiederverwendung vorhandener Ressourcen und der konsequenten Vermeidung der Erschließung neuer Ressourcen. Dafür besteht ein dringender Bedarf an definierten Prozessen zur Wiederverwendung von Batteriematerial. Es besteht kein Zweifel daran, dass ohne solche Prozesse das Potenzial der Wiederverwendung dieser Materialien unterschätzt und nicht voll erschlossen wird.

Heutzutage enthalten Blei-Säure-Batterien (PbA) 60 % bis 80 % recyceltes Material (Battery Committee Worldwide 2010). Das Recycling von NiCd-, NiMH- und Li-Ionen-Batterien befindet sich hingegen im Aufbau. Aufgrund der sich entwickelnden Chemie für Li-Ionen-Batterien und zukünftiger Unsicherheiten im Zusammenhang mit der großflächigen Verbreitung von Elektrofahrzeugen, ist es für die Recyclingindustrie schwierig, vorteilhafte Recyclingwege zu schaffen. Derzeit wird das wesentliche Motiv für die Wiederverwendung von NiCd-, NiMH- und Li-Ionen-Batterien durch die darin enthaltenen Metalle (Co, Ni, Ti, Cd, Cu) bestimmt.

Die Rolle von LCA im Batterierecycling

Auf der Konferenz des Batterie Forum Deutschland wurde im Januar 2019 ein besonderes Augenmerk auf die Ökobilanz (Life Cycle Assessment, LCA) von Batterien im Bereich der Elektromobilität gelegt. Auf Grund der Komplexität solcher Studien, gibt es viele widersprüchliche Ergebnisse zu Ökobilanzen von Lithium-Ionen-Batterien. So legen die Forschenden unterschiedliche Systemgrenzen fest und treffen verschiedene Annahmen. Die Einbeziehung diverser Parameter sowie die Nutzung verschiedener Datenbanken und Softwaresysteme führt zu einer großen Bandbreite an Ergebnissen.

Die Environmental Protection Agency (EPA) erwartet, dass die LCA-Ergebnisse aktuelle und zukünftige ökologische Auswirkungen und Unsicherheiten reduzieren, indem sie Batterieherstellern und -anbietern dabei helfen, zu unterscheiden, welche Materialien und Prozesse die vermeintlich größten potenziellen Auswirkungen oder Risiken für das allgemeine Wohlbefinden oder das Klima während der gesamten Lebensdauer darstellen.

Mit Hilfe von Ökobilanzen konnten die folgenden Verbesserungsvorschläge für die Batterieindustrie identifiziert werden:
  • Verlängerung der Batterielebensdauer
  • Verringerung des Massenanteils von Metallen
  • Verringerung des Materialeinsatzes von Kobalt und Nickel
  • Konsolidierung von wiedergewonnenen Materialien in neuen Batterien
  • Bewertung von Möglichkeiten zur Verringerung des Primärenergieverbrauchs für die Kathode
  • Verwendung eines lösungsmittelfreien Prozesses in der Batterieproduktion
  • Verringerung der Kohleabhängigkeit des Stromnetzes
  • Verringerung des Energiebedarfs für die Montage der Anoden

Letztendlich ist es sehr schwierig, LCAs zu verwenden, um eine allgemeine Schlussfolgerung zu ziehen. LCAs sind jedoch ein hervorragendes Werkzeug, um sich auf bestimmte Parameter zu konzentrieren und explizite Vorschläge für die geeignetsten Alternativen unter diesen Parametern zu geben.

Was sagt die EU zur Zukunft der Batterien?

     
 

Laut der für 2022 angekündigten neuen EU-Batterierichtlinie (1. Update) hat die Europäische Kommission am 10. Dezember 2020 eine Liste mit obligatorischen Anforderungen für alle auf dem EU-Markt erhältlichen Batterien (Geräte-, Industrie- und Fahrzeugbatterien) vorgestellt. Die Kommission schlägt Maßnahmen vor, wie z.B. das Verbot von quecksilber- und kadmiumhaltigen Batterien und das Verbot der Deponierung von Altbatterien. In Bezug auf Leistung und Haltbarkeit sieht der Vorschlag die Verbesserung der Mindestanforderungen für Gerätebatterien (wiederaufladbar und nicht wiederaufladbar) für allgemeine Zwecke sowie für wiederaufladbare Industriebatterien bis zum 1. Januar 2026 vor. Dies soll durch die folgenden Maßnahmen erreicht werden:

  • Sammel- und Meldepflichten: Industrie-, Starter- oder Traktionsbatterien sollen auf jeden Fall gesammelt werden. Es gilt ein absolutes Beseitigungsverbot. Alle gesammelten Batterien müssen recycelt werden. Wertstoffe wie Kobalt, Lithium, Nickel und Blei sollen zurückgewonnen werden. Die derzeitige Sammelquote von 45 % soll auf 65 % im Jahr 2025 und 70 % im Jahr 2030 steigen.

  • Recyclingeffizienzen: Die Ziele für die Recyclingeffizienzen von Blei-Säure-Batterien werden erweitert. Angesichts der zunehmenden Bedeutung von Lithium für die Batterie-Wertschöpfungskette werden neue Ziele für Lithium-Batterien vorgestellt. Ab 2030 sollen 12 % Kobalt, 85 % Blei und jeweils 4 % Lithium und Nickel als Rezyklat eingesetzt werden. Ab 2035 steigen die Werte für Kobalt auf 20 %, für Lithium auf 10 % und für Nickel auf 12 %.

  • Verwertungsziele: Die Kommission schlägt verbindliche quantifizierte Zielvorgaben für die Rückgewinnung von Kobalt, Kupfer, Nickel, Blei und Lithium sowie eine klare Struktur für die Wiederverwendung von Industrie- und Traktionsbatterien für ein zweites Leben vor (z. B. die Nutzung einer gebrauchten Traktionsbatterie als stationärem Energiespeicher).

  • Austauschbarkeit: Um die Entnahmefähigkeit von Batterien zu verbessern, müssen die Hersteller ihre Geräte so planen, dass gebrauchte Batterien leicht entnommen werden können. Zudem wird eine neue Bestimmung zur Austauschbarkeit hinzugefügt, nach der die Geräte nach dem Austausch der Batterien weiterhin ihre Funktionen erfüllen müssen.

  • Kohlenstoff-Fußabdruck: Ab dem 1. Juli 2024 müssen alle wiederaufladbaren Industriebatterien und Antriebsbatterien, die auf dem EU-Markt erhältlich sind, eine Angabe zum Kohlenstoff-Fußabdruck haben. Ab dem 1. Januar 2026 müssen diese Batterien mit einer Kennzeichnung versehen werden, die ihre CO2-Intensitäts-Leistungsklasse ausweist. Darüber hinaus müssen diese Batterien ab dem 1. Juli 2027 die entsprechenden maximalen CO2-Fußabdruckwerte einhalten. Die Batterien müssen sichtbar, lesbar und nicht löschbar gekennzeichnet sein, so dass die Batterien und ihre wesentlichen Eigenschaften anhand dieser Angaben identifiziert werden können.
 
     

 

Fazit

Aus verschiedenen Forschungsarbeiten geht hervor, dass die Wiederverwendung von Blei-Säure-Batterien notwendig ist, da die Umweltauswirkungen anschließend um fast 50 % verringert werden können. Li-Ionen-Batterien haben geringere Umweltauswirkungen als Blei-Säure-Batterien. Die Umweltauswirkungen von Li-Ionen-Batterien können jedoch immer noch um mehr als 20 % verringert werden, wenn eine geeignete Recyclingstrategie angewendet wird. Lebenszyklusanalysen nennen eine potenzielle Verringerung der Umweltauswirkungen um 16 %, wenn eine geeignete Recycling-Strategie eingeführt wird[1]. Es zeigt sich auch, dass Materialien, die in vermeintlich geringen Mengen eingesetzt werden, einen kritischen Einfluss auf die Umweltwirkung der Batterie haben können.

Um zu erfahren, wie die EurA und ihr Nachhaltigkeitsteam zur Verbesserung von Batterierecycling beitragen, informieren Sie sich gerne über unser erfolgreich abgeschlossenes Projekt SINTBAT und das laufende interessante Projekt ECO2LIB.

Wenn Sie mehr über die wirtschaftliche Bewertung oder die Lebenszykluskostenrechnung wissen möchten und wie die EurA Ihnen dabei helfen kann, lesen Sie unseren nächsten Blog.

Für weitere Informationen und Unterstützung können Sie sich gerne mit Dr. Denise Ott in Verbindung setzen.

 

Autor: Shashank Goyal


[1] https://doi.org/10.1016/j.egypro.2016.10.113

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