Alternative Rohstoffquellen: Das Potenzial von Batterien

Neben Stahlschrott sind auch Legierungselemente wie Nickel, Kobalt, Mangan und andere Legierungen wesentliche Bestandteile unserer Produkte. Verschiedene globale Entwicklungen wirken sich jedoch auf die Verfügbarkeit dieser wichtigen Rohstoffe aus. Innerhalb unseres Nachhaltigkeitsrahmens inSPire sucht der Geschäftsbereich High Performance Metals (HPM) nach langfristigen Möglichkeiten, diese wertvollen Elemente im Produktkreislauf zu halten, zum Beispiel durch das Recycling von Schleifschlämmen oder Batterien, um die Nachfrage langfristig decken zu können.

Gesellschaftliche und rechtliche Veränderungen haben dazu geführt, dass die E-Mobilität in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen hat und die Nachfrage nach E-Autos, E-Bikes und anderen Elektrofahrzeugen gestiegen ist. Darüber hinaus sind elektronische Geräte wie Laptops, Smartphones und Kameras zu einem festen Bestandteil unseres Alltags geworden. All diese Produkte haben eines gemeinsam: Sie werden mit Lithium-Ionen-Batterien (LIB) oder Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH) betrieben. Für die Herstellung der Batterien werden wertvolle Rohstoffe wie Nickel, Kobalt, Mangan und Lithium benötigt. Expertenprognosen zeigen einen immensen Anstieg der Nachfrage nach diesen Rohstoffen; die Nachfrage nach Kobalt zum Beispiel wird sich bis 2050 voraussichtlich verfünffachen.

Infolgedessen wird bis zum Jahr 2030 eine enorme Menge an “Abfall” produziert werden: Prognosen zufolge werden jährlich 86.000 Tonnen reines LIB entsorgt werden.

NACHHALTIGE VORTEILE

Das Team für Kreislaufwirtschaft sieht darin eine große Chance für eine alternative Rohstoffquelle und sucht nach Möglichkeiten, Batterien zu recyceln, die nicht mehr für andere Zwecke verwendet werden können: Wir wollen dazu beitragen, die Nutzung von Rohstoffen zu verbessern und Möglichkeiten für das Recycling von Material zu schaffen, das nicht mehr für die Herstellung neuer Batterien verwendet werden kann.

Die Verwendung von Sekundärmaterial hat viele Vorteile. Josephine Müller, Leiterin des Circular Economy Teams bei inSPire, erklärt: “Das Recycling von Batterien ist ein sehr komplexes Thema, an dem weltweit geforscht wird. Wir wollen einen Beitrag dazu leisten, indem wir Rückstände aus der Materialverarbeitung recyceln, die entweder nicht wieder in die Batterieproduktion einfließen können oder deren Verarbeitung zu kostspielig wäre. Langfristig können wir damit einen wichtigen Beitrag zur Nutzung und Sicherung von Rohstoffen in Europa leisten.”

Je mehr Rohstoffe wir aus sekundären Quellen verwenden, desto unabhängiger werden wir vom Rohstoffmarkt und von Materialengpässen. Gleichzeitig werden wir auch den Recyclinganteil unserer Produkte erhöhen und unseren ökologischen Fußabdruck verringern.

Wir betreiben Forschung in verschiedenen Bereichen der Kreislaufwirtschaft. Sie können mehr darüber in früheren Artikeln lesen:

LIB RECYCLING UND DIE ABTEILUNG HPM

LIBs sind nicht zu verwechseln mit den im Alltag gebräuchlichen NiMH-Batterien, die wir zum Beispiel von Fernbedienungen und Taschenlampen kennen. Im Gegensatz zu diesen zeichnen sich LIBs durch eine höhere Energiedichte aus. Weitere Vorteile sind die sehr geringe Selbstentladung (bei Raumtemperatur) und das Fehlen eines Memory-Effekts.

Wir erhalten gebrauchte Batterien von Partnern, die sie nicht selbst recyceln oder wiederverwenden können. Das LIB-Recycling wird in verschiedenen Forschungsprojekten untersucht. Ziel ist es, Material für die Batterieproduktion zurückzugewinnen. Dies ist jedoch oft gar nicht oder nur zu sehr hohen Kosten möglich. Wir von der HPM Division sehen uns als Ansprechpartner für alternative Lösungen und prüfen die Machbarkeit des Einsatzes solcher Recyclingprodukte in unserer Stahlproduktion.

In der Forschung zum LIB-Recycling werden vier Verfahrenstypen verwendet:

Pyrometallurgische Prozesse, bei denen Wärme eingesetzt wird.
Hydrometallurgische Prozesse, die mit Säuren und anderen Flüssigkeiten arbeiten.
Eine Kombination der beiden oben genannten Verfahren.
Direktes Recycling, bei dem die gebrauchten LIBs vorbehandelt (z. B. thermisch oder durch Schreddern) und entsorgt werden, wobei gefährliche Gase entweichen.

EINE BREITE PALETTE VON MÖGLICHKEITEN

Das Thema Batterierecycling zeigt die Fülle der Möglichkeiten und das große Potenzial dieser alternativen Rohstoffquelle. Deshalb wird hier am HPM an drei Teilthemen geforscht. Die Projekte verfolgen das gemeinsame Ziel, Batterien als Quelle für Sekundärrohstoffe nachhaltig zu erschließen und zu verwerten. Die Optimierung von Recyclingprozessen, insbesondere im Hinblick auf die Bedürfnisse der Stahlindustrie, steht dabei im Vordergrund.

Bei der Ermittlung der besten Recyclingoption beziehen wir die gesamte Kette ein, angefangen bei der Auswahl des zu recycelnden Materials: Dabei kann es sich entweder um gebrauchte Batterien oder um Produktionsabfälle handeln, die bei der Herstellung der Batterien anfallen. Anschließend gibt es auch verschiedene Optionen für die Verwendung: Die zurückgewonnenen Ressourcen können entweder intern in die Produktionsprozesse integriert oder an externe Interessenten verkauft werden.

DREI SCHWERPUNKTPROJEKTE

Derzeit arbeiten wir intensiv an drei konkreten Projekten, die sich mit den verschiedenen Recyclingoptionen befassen:

Nickel-Metallhydrid-Batterien: Bei Buderus Edelstahl werden Versuche mit Nickelkonzentrat aus typischen Haushaltsbatterien durchgeführt, um deren technische und wirtschaftliche Verwendbarkeit zu testen.
Graphit-Recycling: Ein Großprojekt namens “FuLiBatteR” befasst sich unter anderem mit den Anforderungen und der Machbarkeit des Graphitrecyclings aus LIB. Mehr dazu weiter unten.
Schwarze Masse von LIB: Dieser Forschungsstrang befasst sich mit dem Hauptprodukt beim Batterierecycling, der schwarzen Masse. Dabei handelt es sich um eine sandartige Masse, in der die verschiedenen Metalle der Batterie miteinander vermischt sind. Unser Ziel ist es, in Zukunft nicht nur einzelne Elemente, sondern die gesamte Masse mit ihren metallischen Bestandteilen, einschließlich Graphit, wiederzuverwenden.

uLiBatteR: PARTNERSCHAFT FÜR INNOVATIVE RECYCLING-METHODEN

Gemeinsam mit unseren engagierten Partnern treiben wir unsere Nachhaltigkeitsinitiativen voran. Unter dem Dach von FuLiBatteR (“Future Lithium Ion Battery Recycling for Recovery of Critical Materials”) arbeiten wir mit K1-MET und anderen Industriepartnern an der Entwicklung innovativer Lösungen zur Verbesserung des Batterierecyclings. Das Projekt besteht aus drei verschiedenen Schwerpunktprojekten:

Das erste Projekt, “Abfallmanagement und abfalltechnische Ansätze für das LIB-Recycling”, konzentriert sich auf das Recycling von Graphit aus LIB-Batterien. Zu diesem Zweck wird die Methode der Schaumflotation eingesetzt, mit der das Graphit von den anderen Elementen getrennt werden kann.
Das zweite Projekt, “Pyrometallurgische Verarbeitung von LIB und Schwarzer Masse”, konzentriert sich auf die Schwarze Masse. Ziel ist es, wertvolle Metalle wie Nickel, Kobalt und Mangan, die in der Masse enthalten sind, zurückzugewinnen und wiederverwendbar zu machen.
Das dritte Projekt, “Biohydrometallurgische Behandlung von LIB-Rückständen”, befasst sich ebenfalls mit der Extraktion oder Rückgewinnung von Elementen aus LIB, jedoch unter Verwendung der Biohydrometallurgie. Bei diesem Ansatz werden energieeffizientere Mikroorganismen eingesetzt, um das Recycling zu verbessern.

Wir freuen uns sehr, an solchen Forschungsinitiativen beteiligt zu sein und mit anderen Organisationen zusammenzuarbeiten, um nicht nur das LIB-Recycling, sondern auch viele andere innovative Entwicklungen in der Branche voranzutreiben. Hier finden Sie einen Überblick über unser vielfältiges Partnernetzwerk, mit dem wir zusammenarbeiten, um unsere Nachhaltigkeitspläne in die Tat umzusetzen.

ERFOLGREICHE NUTZUNG ALTERNATIVER ROHSTOFFQUELLEN

Die wachsende Nachfrage nach LIB schafft einerseits einen erhöhten Bedarf an den darin verarbeiteten Metallen und bietet andererseits neue Möglichkeiten für das Recycling und die Nutzung als alternative Rohstoffquelle. Auch andere Materialien und Abfälle spielen für uns eine wichtige Rolle bei der Weiterentwicklung der Kreislaufwirtschaft. Wir haben hier berichtet, wie wir Schleifabfälle wie Späne, Schrott und andere Nebenprodukte als Rohstoffquelle nutzen und im Produktkreislauf halten.

Unser Team für Kreislaufwirtschaft nutzt diese Möglichkeiten und arbeitet gemeinsam mit Partnern an der Weiterentwicklung von Recyclingverfahren. Auf diese Weise schonen wir die Ressourcen und kommen einem Kreislaufwirtschaftssystem einen weiteren Schritt näher.

Neben der Kreislaufwirtschaft sind verschiedene Bereiche der Nachhaltigkeit innerhalb der HPM Division unter unserem Nachhaltigkeitsrahmen inSPire vereint. In unserem nächsten Themenschwerpunkt erfahren Sie alles über Climate Impact – das Team, die Projekte, unsere Ziele und neue Entwicklungen.