Interview Eine Entladefunktion im Batteriemanagement-System wäre schön

Christian Hanisch ist Teamleiter Recycling am Institut für Partikeltechnik (iPAT) der TU Braunschweig.
Christian Hanisch ist Teamleiter Recycling am Institut für Partikeltechnik (iPAT) der TU Braunschweig.

Das Projekt LithoRec ist mit LithoRec II in seine praktische Umsetzung gegangen. In einer Pilotanlage sollen ab 2015 rund 100 Tonnen Lithium-Ionen-Akkus aus der Elektromobilität recycelt werden. Wir sprachen mit Christian Hanisch von der TU Braunschweig, welche Herausforderungen es noch gibt.

Herr Hanisch, die LithoRec ist 2012 zu Ende gegangen, seitdem läuft LithoRec II bis 2015. Worum geht es da genau?
Christian Hanisch: Bei LithoRec II wollen wir die bei LithoRec im Labormaßstab entwickelten Prozesse auf Anlagengröße hochskalieren und so eine Pilotanlage für 100.000 kg Batteriezellen pro Jahr aus Automotive-Anwendungen aufbauen.
Ein Punkt, der bei LithoRec II noch dazugekommen ist, ist, dass wir uns um die Rückgewinnung des Elektrolyten kümmern. Wir haben nämlich gesehen, dass die dafür verwendeten organischen Carbonate und eventuell auch das Leitsalz einen gewissen Wert darstellen und immerhin bis zu 20 Prozent der Masse einer Batterie ausmachen. Bisher wurden diese Stoffe entsorgt. Bei einem Recycling im großen Maßstab kann sich eine Rückgewinnung dieser Stoffe später vielleicht lohnen und einen Beitrag zur Ökologie sowie zur Ökonomie des Recycling und damit auch der gesamten Elektromobilität leisten.

Wenn man sich mal so einen Lithium-Ionen-Akku für ein Auto anschaut, welchen Teil der dafür verwendeten Metalle oder Wertstoffe können Sie wieder zurückgewinnen?
Hanisch: Das kann ich momentan nur für die Einzelprozesse sagen, aber wie es dann in der 100.000-kg-Anlage aussehen wird, müssen wir dann am Ende des Projektes herausfinden. Wir gehen wie im Artikel beschrieben von 85 bis 95 Prozent des Lithiums aus und von nahezu an die 100 Prozent heranreichende Werte bei Nickel, Kobalt und Mangan. Wir nehmen an, dass wir auch um die 90 Prozent des Aluminiums und des Kupfers aus den Beschichtungsfolien zurückgewinnen. Der Separator wird uns wahrscheinlich verloren gehen. Insgesamt werden wir also mit unserem Prozess über die gesetzlich geforderten 50 Prozent einer Zelle kommen; wenn man das Gehäusematerial noch mitzählt, dann sowieso.

Die Zusammensetzung der Aktivmaterialien von Lithium-Ionen-Akkus wird sich im Laufe der Zeit ja ändern. Kobalt und Nickel werden womöglich durch mehr Mangan ersetzt. Dazu kommen neue Typen wie Lithium-Eisenphosphat oder siliziumhaltige Anoden. Wie ist der LithoRec-Prozess darauf eingestellt?
Hanisch: Da wir mit unseren Projektpartnern neben Kobalt, Nickel und Mangan auch klar auf die Rückgewinnung von Lithium, Kupfer und Aluminium fokussieren, sind wir gerade für solche Szenarien vergleichsweise gut aufgestellt. Kobalt und Nickel nimmt auch unser Projektkonsortium natürlich gerne mit, wir untersuchen bei LithoRec II aber auch verschiedene Mischungen und welche Auswirkungen sie auf die entwickelten Prozess-Schritte haben. Wir können uns also dahingehend anpassen. Für uns ist es darüber hinaus vorteilhaft, dass ein Produkt in der Automobilindus­trie eine Vorbereitungszeit von ungefähr acht Jahren hat. Insofern haben wir recht viel Zeit, bis das Produkt in unserem Recycling-Prozess ankommen wird.

Wie hoch ist momentan eigentlich das Aufkommen von gebrauchten Lithium-Ionen-Akkus aus dem Automobilumfeld?
Hanisch: Zur Zeit gibt es ja zum Beispiel schon Vorserien oder Batteriesysteme von Entwicklungsständen. Wir wissen aber, dass unsere Pilotanlage sehr gut ausgelastet sein wird. Im ersten Halbjahr 2015 wollen wir schon Pilot-Kampagnen mit der gesamten Anlage fahren. Wir denken da eher schon an eine Kapazitätserhöhung, als dass wir befürchten, eine zu große Anlage zu bauen. Im industriellen Maßstab ist unsere 100.000-kg-Anlage ja eher klein.

Wie wirtschaftlich konkurrenzfähig ist das in Ihrem Prozess recycelte Lithium im Vergleich zum Weltmarktpreis?
Hanisch: Wir produzieren kein Lithium, sondern Lithiumhydroxid als Vorstufe für ein neues Batterie-Aktivmaterial. Abgesehen davon denken wir, dass wir bei einer gewissen Kapazität und Auslastung der Anlage die Gewinnschwelle erreichen können. Lithium hat ja für Deutschland auch einen gewissen strategischen Wert, da es hier kaum Vorkommen gibt. Dazu kommen natürlich auch die anderen Metalle wie Nickel, Kobalt oder Kupfer. Außerdem nehmen wir ja auch einen Entsorgungsauftrag wahr.

Bei der Zerteilung der Akkupacks müssen die Zellen ja entladen werden, wie läuft das ab?
Hanisch: Es gibt zum einen die Möglichkeit, die Batteriesysteme an sich zu entladen, was relativ schwierig ist, da sie so geschützt sind, dass man sie nicht hundertprozentig entladen kann. Wir verwenden dazu eine Art Wechselrichter, der diese Energie ins Netz zurückspeist. Eine Entladung über Widerstände würde zu einer sehr hohen Wärmefreisetzung führen und es würde recht lang dauern. Defekte Systeme können wir auch auf Modul- oder Zellebene entladen, wobei Letzteres per Hand über das Anschalten von Klemmen realisiert wird.

Was würden Sie sich von den Herstellern von Batteriesystemen wünschen, damit das Entladen einfacher geht?
Hanisch: Es wäre schön, wenn es eine Funktion im Batteriemanagement gäbe, mit der man über ein Entlademodul und mit einem Werkstatt-Laptop eine Entladefunktion freischalten könnte. Dann bräuchte man keinen Workaround, so wie wir das jetzt machen. Der Recycler bräuchte sich dann auch nicht mehr mit den hohen Spannungen befassen, da ja auch das Arbeiten bei Spannung spezielles Personal erfordert. Man könnte das Batteriesystem dann auch komplett entladen und in einer niedrigeren Gefahrgutklasse versenden.

Auch die Automatisierung des Demontage-Prozesses gestaltet sich schwierig.
Hanisch: Man muss dazu sagen, dass ja die Standardisierung von Batteriesystemen noch nicht sehr weit vorangeschritten ist. Bei der Vielzahl von unterschiedlichen Akkus, die wir momentan zurückbekommen, ist ein Automatisierungsprozess in der Demontage ohnehin noch nicht sinnvoll. Wir können aber schon herausfinden, welche Schritte sich automatisieren ließen und welche Probleme es noch gibt. Wir testen übrigens gerade einen neuen Roboter-Prototypen von Kuka, der Bewegungen nachmachen kann, die man ihm vormacht. Bei ständig wiederholbaren Abläufen, wie dem Lösen von Schrauben, hätte das einen Vorteil. Das ist allerdings noch im Forschungsstadium.

Wenn Autohersteller ihre Batteriesysteme in Serie fertigten, könnte das den Prozess nicht deutlich erleichtern und günstiger machen?
Hanisch: Ja, dann wäre ein Automatisierungsprozess denkbar, der den Prozess sicherer und auch günstiger macht.