An einer neuen Anlage untersucht ein Forschungsteam der TU Bergakademie Freiberg das nachhaltigere Schreddern von Batterien. Die Wissenschaftler wollen Batteriezellen so zerkleinern, dass sich möglichst viele der enthaltenen Rohstoffe effizient wiedergewinnen lassen. In der neuen Anlage fangen die Forscher auch leicht flüchtige Stoffe ein, die bisher verloren gingen. Sensoren und Kameras zeichnen die Prozesse auf und senden die Daten künftig an eine Datenbank zur Auswertung durch künstliche Intelligenz. Die Bergakademie ist damit die erste Forschungseinrichtung in Deutschland, die Recycling-Forschung an einer onlinefähigen Shredder-Anlage in Verbindung mit einer speziellen Forschungsdatenbank betreibt. Die Ressourcenuniversität setzt sich mit den Grundlagen und Prozessen rund um Rohstoffe, Energie und Material an der kompletten Wertschöpfungskette auseinander.
Batteriezellen in einem Schritt zerkleinern
Die neue Schredder-Anlage ermöglicht es, ausgediente Batteriezellen bis zu einem Gewicht von 2.500 Gramm in einem Schritt zu zerkleinern. Dabei entstehen Partikel zwischen 0 und 20 Millimeter, insbesondere feine Partikel, die sogenannte Schwarzmasse. Diese enthält die wertvollen Rohstoffe Nickel, Kobalt und Lithium. „Unser Ziel ist es, diese Materialien möglichst vollständig zu gewinnen. Ab 2027 beziehungsweise 2031 wird dies durch die Neufassung der europäischen Batterieverordnung für die Entsorgung und Wiederverwertung von Batterieabfällen erforderlich. Wichtig ist in diesem Zusammenhang die Qualität der Schwarzmasse. Verunreinigungen durch weitere Bestandteile der Batteriezelle wie Aluminium, Kupfer oder Kunststoff sollen vermieden werden. Die neue Anlage ermöglicht es uns, umfangreiche experimentelle Studien durchzuführen und so die Qualität der Schwarzmasse zu optimieren“, sagt Professor Urs Peuker, Direktor des Instituts für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik an der TU Bergakademie Freiberg.
Entladene Batterien sicher zerkleinern
Die neue Shredder-Technologie ist sowohl für Gerätebatterien aus Powertools oder E-Bikes als auch für Zellen aus Elektro- und Hybridfahrzeugen anwendbar. Die finale Schwarzmasse wird durch weitere, an der TU Bergakademie Freiberg verfügbare, im Pilotmaßstab durchgeführte Schritte, wie Sieben, Sichten oder Magnetscheidung, erzeugt. Der nun verfügbare Shredder ist ein wichtiger Schritt, der das sichere und nachhaltige Zerkleinern entladener Batterien ermöglicht.
„Ein weiterer Vorteil der Anlage ist die geschlossene Bauweise. Die leichtflüchtigen Elektrolyte, die beim Zerkleinern der Batterien austreten, können damit wiedergewonnen werden. Dadurch steigt zum einen die Prozesssicherheit und zum anderen die Recyclingquote aller Bestandteile“, erklärt Alexandra Kaas, Gruppenleiterin für Recycling.
Recycling-Prozesse der Zukunft brauchen Live-Datenerfassung, Big Data und KI
Im Sommer begannen die ersten Tests zum Schreddern der Batterien. Neue Sensoren sollen bald für die Anbindung der Shredder-Anlage an Datenbanken und die Datenanalyse mittels künstlicher Intelligenz sorgen. „Batterie-Recycling ist komplexer geworden – die klassischen einfachen Methoden und Werkzeuge stoßen an ihre Grenzen. An der für Sachsen wichtigen Leittechnologie der Elektromobilität entwickeln und demonstrieren wir die Zukunft der Recycling-Technologien“, erklärt Peuker. „Das geht nur mit Live-Datenerfassung, Big Data und KI!“
Forschungsanlage entstand im Projekt „InfraDatRec“
Die Forschungsanlage entstand in dem vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt „InfraDatRec“. Die Mittel von rund sieben Millionen Euro stammen aus dem Sondervermögen „Energie- und Klimafonds“. Koordinator des Projektes ist die TU Bergakademie Freiberg. Weitere Partner sind das Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie am HZDR, das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme und das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie, beide tätig am Freiberger Fraunhofer Technologiezentrum für Hochleistungsmaterialien. Übergreifendes Ziel ist die gemeinsame und abgestimmte Erfassung, Bewertung und Nutzung der Daten. Das ermöglicht es den Forschern, den gesamten Prozess des mechanischen und chemischen Batterierecyclings bis hin zur Re-Synthese neuer Batteriematerialien zu verstehen, zu verbessern und gezielt für die Anwendung weiterzuentwickeln.