Projekt ScaleFiciency

Lithium-Ionen-Batterien (LIB) lassen sich in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen einsetzen. Die Akkumulatoren gelten als Schlüsseltechnologien, um CO₂-Emissionen zu senken und die globalen Klimaziele zu erreichen. Unterschiedliche Einsatzgebiete führen zu variierenden Anforderungen an die verwendete Batterie, sodass diese Speichersysteme teils stark hinsichtlich ihres Zellchemismus und Aufbaus und folglich auch in ihren physikalischen und chemischen Merkmalen divergieren. Einen großen Einfluss auf die Eigenschaften zeigt das Kathodenmaterial. Dieses besteht meist aus einer Lithium-Metalloxid-Struktur, wobei Metallverbindungen hauptsächlich von Kobalt, Nickel oder Mangan sowie gemischte Oxide aus diesen ihre Verwendung finden.

Die komplex zusammengesetzten Batteriematerialen stellen die derzeitigen Recyclingprozesse vor große Herausforderungen. Die teils ähnlichen Stoffeigenschaften erweisen sich als nachteilig in hydrometallurgischen Verfahren, während es bei der Pyrometallurgie zur Verschlackung spezifischer Metalle kommt. Ein erstrebenswertes Ziel stellt die Entwicklung einer effizienten Prozesskette dar, die eine Rückgewinnung der Wertmetalle sowie der kritischen Rohstoffe aus den Zellen in einer hohen Qualität erlaubt und somit eine Rückführung in den Stoffkreislauf ermöglicht. Aufbauend auf den Ergebnissen eines nachgewiesenen Recyclingkonzept im materialspezifischen und elektrotechnischen Bereich geht ScaleFiciency einen Schritt näher in Richtung zur Industriereife. Dies soll durch die Vergrößerung einer pyrometallurgischen Behandlung mittels induktiver Beheizung gelingen, wobei die induktive Beheizung zu einem Zwei-Spulen-Zwei-Zonen-System und einer kontinuierlichen Beschickung entwickelt werden soll.

Zur Eindämmung des Klimawandels ist eine Transformation zu Energieerzeugung durch Wind und Sonne sowie zu Elektromobilität unumgänglich. Dies geht mit einem steigenden Bedarf an mobilen und stationären Speichersystemen einher. Infolgedessen führt die Anwendung von LIB zu einem Anstieg des Abfallstroms an gebrauchten Batterien. Die lokale Rohstoffknappheit der eingesetzten Elemente erfordert die Verstärkung der Recyclingmaßnahmen. ScaleFiciency konzentriert sich auf verfahrenstechnische Herausforderungen in Richtung des “Zero-Waste“-Ansatzes und ermöglicht so das Upscaling eines nachgewiesenen Recyclingkonzepts. Die CO₂-arme Induktionserwärmung wird auf die nächste Stufe eines Mehrspulendesigns weiterentwickelt, sodass ein kontinuierlicher Betrieb gelingt. Die Projektziele von ScaleFiciency lauten:

• Verfahrensweiterentwicklung auf ein kontinuierliches Mehrspulendesign
• Optimierung der Induktionseinheit
• Höhere Energieeffizienz
• Verbesserung der Rückgewinnungsraten an Wertmetallen
• Untersuchungen mit alternativen Reduktionsmitteln, wie Wasserstoff