Chemie: Neues Verfahren von Evonik gewinnt Lithium einfach und effizient zurück
Noch funktioniert es nur im Labor, doch schon bald will Evonik Lithium aus Batterien in großem Stil zurückgewinnen – mithilfe eines neuen Recyclingverfahrens, das einfacher, wirtschaftlicher und umweltschonender sein soll als bisherige.
Der Elektrolyseur von Evonik zur Abtrennung von Lithium arbeitet bereits im Labormaßstab.
Foto: Evonik Industries AG
Rund 95 % des Lithiums, das in den Antriebsbatterien von Elektroautos steckt, wird zurzeit noch gar nicht zurückgewonnen. Mit einem elektrochemischen Prozess, dessen Kernstück eine Keramikmembran ist, will nun ein Team des Essener Unternehmen für Spezialchemikalien das Metall mengenmäßig recyceln. Im Versuchsmaßstab zeichne sich bereits eine hohe Effizienz des Verfahrens ab, heißt es bei Evonik.
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In Hanau und Marl forschen Teams von Evonik an der Rückgewinnung hochreinen, für die Fertigung neuer Batterien geeigneten Lithiumhydroxids. Im Labor klappt das bereits, in drei bis fünf Jahren soll das Verfahren auf den Markt kommen.
EU-Vorgaben: Rückgewinnungsrate für Lithium ab 2030 bei 70 %
Viele Lithium-Ionen-Batterien, die zurzeit in Elektroautos stecken, werden schon bald am Ende ihrer technischen Lebenszeit und fällig fürs Recycling sein. Ebenso steht es um lithiumhaltige Produktionsabfälle. „Ein dritter Faktor ist der Gesetzgeber – speziell in der EU drängt er mehr und mehr darauf, dass wertvolle Rohstoffe dem Wertschöpfungskreislauf erhalten bleiben“, sagt Elisabeth Gorman, Expertin für Lithium-Recycling bei Evonik.
Schon in vier Jahren müssen innerhalb der EU mindestens 35 % des in Altbatterien enthaltenen Lithiums zurückgeholt werden. Ab 2030 soll dieser Anteil bei 70 % liegen. Staatliche Vorgaben für die Aufarbeitung von Lithium gibt es zudem in China und den USA.
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Evonik setzt eine Keramikmembran ein, die selektiv für Lithium-Ionen ist
Die Prozesse aber sind beim Lithium noch nicht so weit. Ob pyrometallurgisch, hydrometallurgisch oder mit einer Kombination beider Verfahren: Die Ausbeute liegt hier noch unter 5 %. Außerdem sind die Prozesse kostenintensiv und brauchen viel Energie und Wasser, eine Reihe von Zwischenschritten und zusätzliche Chemikalien. Die Fachleute des Essener Spezialchemieunternehmens haben nun eine Lithium-Ionen-selektive Keramikmembran entwickelt, die in einem elektrochemischen Verfahren eingesetzt wird. Damit lassen sich Lithiumsalze zielgenau aus Batterieabfällen zurückholen – und zwar mit wesentlich weniger Verbrauch von Energie und Chemikalien.
Zunächst wird die sogenannte Schwarzmasse, also jener Teil der Akkus, von dem die Kunststoffteile entfernt wurden, zu Pulver zermahlen. In diesem liegen Lithium, Kobalt, Nickel und Mangan zunächst als Gemisch vor. Mithilfe von Chemikalien lassen sich diese dann herauslaugen, die lithiumhaltigen Laugungsflüssigkeiten werden dann elektrochemisch über eine Lithium-Ionen-selektive keramische Membran aufgetrennt. Auf der negativ geladenen Kathodenseite bilden die Lithiumionen mit Hydroxid zusammen hochreines Lithiumhydroxid. Es hat einen Reinheitsgrad von fast 100 % und eignet sich damit als Rohstoff für den erneuten Einsatz in der Batteriefertigung.
