An einer neuen Schredder-Anlage untersucht ein Forschungsteam der TU Bergakademie Freiberg, wie Batteriezellen so zerkleinert werden können, dass möglichst viele der enthaltenen Rohstoffe effizient wiedergewonnen werden. In der neuen Anlage fangen die Forschenden 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. Dadurch wird das Recycling effizienter und wirtschaftlich attraktiver. Die TU Bergakademie Freiberg ist damit die erste Forschungseinrichtung in Deutschland, die Recycling-Forschung an einer onlinefähigen Shredder-Anlage in Verbindung mit einer speziellen Forschungsdatenbank betreibt. In dieser Datenbank werden nicht nur die Ergebnisse aus der Anlage gesammelt, sondern auch viele weitere Daten von der TU Bergakademie und ihren Partnern am Standort Freiberg, wie dem Helmholtz-Institut Freiberg und dem Fraunhofer THM, zusammengeführt.
Die neue Schredder-Anlage ermöglicht es, ausgediente Batteriezellen bis zu einem Gewicht von 2.500 g in einem Schritt zu zerkleinern. Dabei entstehen Partikel zwischen 0 und 20 mm, 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 kann sowohl für Gerätebatterien aus Powertools oder E-Bikes als auch für größere Zellen aus Elektro- und Hybridfahrzeugen genutzt werden. 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.
Komplexe Batterien erfordern neue Recycling-Prozesse
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!“
Die Forschungsanlage wurde im Rahmen des Projekts „InfraDatRec“ angeschafft, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung aus dem Sondervermögen „Energie- und Klimafonds“ mit insgesamt rund 7 Millionen Euro bis Ende September 2024 gefördert wurde. Die gemeinsame und abgestimmte Erfassung, Bewertung und Nutzung der Daten ermöglicht es den Forschenden, 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. Koordiniert wird das Projekt von der TU Bergakademie Freiberg. Auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Helmholtz-Instituts Freiberg für Ressourcentechnologie am HZDR, des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme und des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie, beide tätig am Freiberger Fraunhofer Technologiezentrum für Hochleistungsmaterialien, sind beteiligt.
