Recycling von Batterien

Präsentation zum Thema: "Recycling von Batterien"—  Präsentation transkript:

1 Recycling von Batterien
Lernkurs

2 Ziel und Gliederung des Lernkurses
Welche Probleme gibt es bei dem Wiederaufbereiten von Batterien? Und wie kann man sie lösen? Gibt es alternative Verwendungen für ausrangierte Batterien? All diese Fragen soll der folgende Lernkurs beantworten! Problemstellung Wie funktioniert Recycling von Lithium-Ionen Batterien? Verfahren der TU Braunschweig Der UHT-Prozess der Umicore AG & Co. KG Alternative: Second Life Quiz

3 Problemstellung Recycling
Um euch in das Thema Recycling von Lithium-Ionen Batterien einzuführen, werden euch erst einmal die Grundprobleme erörtert: Wie belasten Lithium-Ionen Batterien die Umwelt? Warum sind die benötigten Rohstoffe problematisch? Lebensdauer und Leistungskapazität

4 Wie belasten Lithium-Ionen Batterien die Umwelt?
65% der Umweltbelastung, die von einem Elektroauto aus geht, fällt auf die Bereitstellung von Strom - die restlichen 35% auf die Herstellung des Autos selber, v.a. auf die Batterie! Denn alleine die Rohstoffgewinnung und -bereitstellung für die benötigte Batterie stellt eine Strapaze dar. Lithium, eines der wichtigsten Stoffe, hat einige Atom-Verbindungen, die eine starke Umwelteinwirkungen haben und dementsprechend entsorgt werden müssen. Aber auch schon die Gewinnung dieses Elements bringt einige Schwierigkeiten mit sich: denn Forscher befürchten einen unkontrollierten Abbau, da viele Reserven noch in unberührter Natur liegen, wie z.B. in Süd-Amerika und Afghanistan. Der ökologischer Fußabdruck Forscher der "EMPA-Abteilung für Technologie und Gesellschaft" versuchen den ökologischen Fußabdruck von Lithium-Ionen Batterien zu untersuchen. Dabei schauen sie sich den Lebenszyklus von der Herstellung bis zur Verschrottung einer solchen Batterie an. Sie fanden in ihren Untersuchungen heraus, dass ein Auto mit Verbrennungsmotor max. 4 Liter Benzin pro 100km schlucken darf, um ähnlich umweltverträglich wie ein Elektroauto zu sein.

5 Warum sind die benötigten Rohstoffe problematisch?
Das Hauptproblem: Rohstoffe, die in den Batterien verwendet werden sind nur begrenzt verfügbar. Durch Wiedergewinnung können sie für neues Batterienmaterial wiederverwendet werden. Das Aufbereiten ist nicht nur für die Autobranche immer wichtiger, sondern auch für die Herstellung von Smartphones und Notebooks steigt der Bedarf stetig an. Mit dem Recyceln der Rohstoffen kommt es nicht nur zu Kosteneinsparungen, sondern auch zur Schonung der Umwelt. Ein Problem, was schon gelöst werden konnte: vor einigen Jahren war es noch sehr aufwendig alle Rohstoffe gemeinsam wiederzugewinnen, es musste dafür ein sehr kompliziertes Verfahren angewandt werden. Doch das Projekt "LithioRec" entwickelte ein neues Verfahren, dass diese Problem weitgehend löste. Welche Rohstoffe sind in den Batterien enthalten? großes Lithium-Vorkommen in der Salzwüste “Salar de Uyuni, Bolivien Bei den wichtigsten Rohstoffen handelt es sich um Kobalt, Nickel und Lithium.

6 Lebensdauer und Leistungskapazität
Theorie: Lithium-Ionen Batterien sollten unendlich reversibel sein, da im Inneren ein chemischer Prozess abläuft. Praxis: folgende Ursachen beeinflussen die Lebensdauer Verunreinigungen in den Batterienzellen Lebenszyklusmanagement, d.h. Betriebstemperatur, Anzahl der Auf- und Entladungen Grundsätzlich wird von einer Lebensdauer von ca. 10 Jahren ausgegangen. Voraussetzung: Akku soll stets gut temperiert sein. Experten gehen davon aus, dass innerhalb 8 Jahren die Lebensdauer einer Batterie auf % sinkt. Auch hier tauchen wieder Umweltaspekte auf: denn je länger man die Batterie verwenden kann - desto besser für die Umwelt.

7 Wie funktioniert Recycling von Lithium-Ionen Batterien?
Verfahren der TU Braunschweig

8 Problemstellung Recycling
In dieser Einheit werden folgende Themen erläutert: Verfahren der TU Braunschweig Ziele Das Verfahren Schritte des Verfahrens Video - Battery LabFactory Braunschweig

9 Verfahren an der TU Braunschweig
Im Jahr 2015 wurde an der Technischen Universität Braunschweig eine Demonstrationsanlage zum Recycling von Lithium-Ionen-Batterien eingeweiht. In dieser Anlage werden Batterien aus Elektroautos demontiert, entladen, so aufbereitet, dass mit der neuentwickelten und von namhaften Konsortialpartnern mehrfach zum Patent angemeldeten Verfahren Recyclingquoten von über 75 Prozent pro Batteriesystem ermöglicht werden

10 Ziele Die Rückgewinnung von Lithium, Kobalt und weiteren Rohstoffen für die Sicherung von Rohstoffen dann zur Batterieproduktion Die Entwicklung und Erprobung eines Recyclingprozesses für Lithium-Ionen- Altbatterien aus Elektrofahrzeugen

11 Das Verfahren Sehr automatisiert mit der prototypischen Realisierung eines Greifer Systems zur Entnahme von Batteriezellen Mit dem Prozess werden wertvolle Materialien zurückgewonnen Durch dieses Mechanismus kann je nach Aktivmaterial 85 bis über 95% des Lithiums wiedergewonnen werden Zur Rückgewinnung von Rohstoffen ist sowohl von ökologischer und strategischer Bedeutung für die Sicherung von Rohstoffen und die Batterieproduktion

12 Schritten des Verfahrens
1. Schritt: Zell-Zerkleinerung 2. Schritt: Separation von Folie und Beschichtung Beide Schritte wurden im Labor sowie hinsichtlich des Schredderns der Zellen auch im Technikums Maßstab etabliert und untersucht. 3. Schritt: Hydrometallurgie Zur hydrometallurgischen Aufbereitung separierter Beschichtungspulver aus Lithium-Ionen-Batterien wurde von der Chemetall GmbH (jetzt Rockwood Lithium GmbH) in LithoRec eine Pilotanlage realisiert. 4. Schritt: Aktivmaterial-Synthese Dafür wurde ein schlüssiges Konzept entwickelt, das in Laborapparaturen sehr gute Ergebnisse zeigte, dessen Realisierung in Form einer Batterie-Aufbereitungsanlage im Pilotmaßstab jedoch noch aussteht.

13 Video - Battery LabFactory Braunschweig

14 Wie funktioniert Recycling von Lithium-Ionen Batterien?
Der UHT-Prozess von Umicore

15 Der UHT-Prozess von Umicore
Was ist Umicore? Wie funktioniert das Recycling Verfahren von Umicore? Wird die Umwelt weniger stark belastet? Diese Fragen werden in den nachfolgenden Folien beantwortet.

16 Umicore AG & Co. KG Umicore ist ein weltweit operierender Materialtechnologie- und Recycling- Konzern mit Hauptsitzt in Brüssel. Oberstes Ziel des Konzerns ist es Werkstoffe, durch eine nachhaltige Wertschöpfung, zu produzieren und zu recyceln.

17 Der UHT-Prozess Umicore hat für das Batterierecycling den ultra-high-temperature Prozess entwickelt. 1. Schritt: Einschmelzung (smelting) der alten Batteriepakete Dadurch werden bei großer Hitze Kobalt (Co), Nickel (Ni), Kupfer (Cu) und Eisen (Fe) gewonnen. Die restliche Schlacke bestehend aus u.a. Aluminium (Al) und Calcium (Ca) wird für die Produktion hochwertigen Betons verwendet. 2. & 3. Schritt: Edelmetallscheidung (refining) Es werden Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Zink (Zi) und Nickel (Ni) von den restlichen Materialen getrennt. Übrig bleibt die chemische Verbindung von Chlor und Kobalt (CoCl2). 4. Schritt: Oxidation Oxidation ist eine chemische Reaktion, bei der ein Atom, Ion oder Molekül Elektronen abgibt. Das Ergebnis aus diesen Prozess ist Kobalt (II,III)-oxid (CO3O4), was eine chemische Verbindung zwischen Kobalt und Sauerstoff ist. 5. Schritt: Lithiumverbrennung (Lithium combustion) Durch die Verbrennung wird das Kobalt in ein hochgradiges Kobalt-Lithium-Oxid umgewandelt, welches an Batteriehersteller weiterverkauft werden kann.

18 Weniger Folgen für die Umwelt
Durch dieses UHT-Verfahren entsteht laut dem Unternehmen kaum Abfall, am Ende bleibt weniger als ein Prozent an Rückständen. Damit übertrifft dieses Verfahren die von der EU geforderte Rückgewinnungsquote von 50 Gewichtsprozenten deutlich. Außerdem entstehen bei der Kobalt- und Nickelgewinnung erheblich weniger CO2 als bei anderen Batterierecycling- Prozessen. Darüber hinaus stellt der Prozess sicher, dass keinerlei Dioxine oder andere flüchtige Schadstoffe in die Umwelt gelangen.

19 Alternative: Second Life
Second Life - Was bedeutet das eigentlich?

20 Alternative: Second Life
In diesem Abschnitt wird euch erklärt, was mit dem Begriff "Second Life" überhaupt gemeint ist und welche Möglichkeiten es gibt, einem Lithium-Ionen-Akkumulator ein "Second Life" zu gewähren. Second Life - Was bedeutet das eigentlich? Projektkooperation „Second Life Batteries“ MOBI - Ladestation auf Rädern

21 Second Life - Was bedeutet das eigentlich?
Der Begriff „Second Life“ kommt aus dem Englischen und bedeutet auf Deutsch „zweites Leben“ ? Jede Batterie verliert im Laufe der Zeit an Kapazität und dadurch verringert sich auch die Reichweite der Elektroautos. Ab Werten von 70-80% der ursprünglichen Kapazität sind die Batterien für die Nutzung in Elektrofahrzeugen nicht länger brauchbar. Allerdings sind sie zu diesem Zeitpunkt keineswegs technisch defekt, sondern können vor dem endgültigen Recyclingprozess noch bis zu 10 Jahre an anderer Stelle weiterverwendet werden! Somit wird der Batterie ein zweites Leben gegeben - also "Second Life".

22 Projektkooperation „Second Life Batteries“
Vorreiter auf dem Gebiet des "Second Life" sind die BMW Group, Vattenfall und Bosch mit einer Projektkooperation, die aus drei Teilprojekten besteht, und somit drei unterschiedliche Möglichkeiten aufzeigt, die ausgedienten Batterien aus Elektrofahrzeugen weiterhin zu nutzen. Bei allen drei Projekten dient die Batterie als stationärer Pufferspeicher. Teilprojekt 3 Bei dem dritten und letzten Projekt handelt es sich um das größte der drei Projekte innerhalb der Kooperation. Es beinhaltet die Errichtung einer 2-Megawatt-Batterie in Hamburg, die aus 100 gebrauchten Antriebsbatterien aus Elektrofahrzeugen besteht. Die 2-MW-Batterie sorgt v.a. dafür, dass Strom aus erneuerbaren Energien besser in das deutsche Stromnetz integriert werden kann, und gleicht zusätzlich starke Netzschwankungen aus. Die Leistung der 2-MW-Batterie reicht rechnerisch aus, um 30 Vier-Personen-Haushalte für sieben Tage mit Strom zu versorgen. Dieses Teilprojekt erfordert eine sehr enge Zusammenarbeit der Projektpartner... Teilprojekt 1 Teilprojekt 2 Teilprojekt 3 Teilprojekt 1 Die ausgediente Batterie wird hier als Leistungspuffer bei Schnell -Ladestationen eingesetzt, da diese das Stromnetz kurzfristig sehr stark belasten. Teilprojekt 2 Das zweite Projekt untersucht die Speicherung von Solarstrom für den Eigenverbrauch. Hierbei werden Photovoltaikanlagen durch den Einsatz von Batteriespeichern so optimiert, dass möglichst viel von dem produziertem Strom auch direkt genutzt werden kann. Denn in den Spitzenzeiten der Photovoltaik-Stromerzeugung, in der Regel in den Mittagsstunden, können die Anlagenbesitzer nur einen Bruchteil des erzeugten Stroms für sich nutzen.

23 Idee: Ladestation auf Rädern
Eine weitere Möglichkeit einem ausgedienten Lithium-Ionen-Akku ein zweites Leben zu geben, wäre die Nutzung als mobiler Zwischenspeicher. Man könnte nach dem Bespiel von MOBI, mobile Ladestationen auf den Markt bringen, die anstelle von neuen Lithium-Ionen-Akkumulatoren ausgediente Batterien aus Elektrofahrzeugen verwenden.* Denn als mobile Ladestation kann MOBI jederzeit von einem Kunden z.B. per Handy-App bestellt werden und ist dann mit einer Kapazität von 48 Kilowattstunden in der Lage bis zu 8 Autos am Tag teilzuladen. Außerdem beträgt die geschätzte Lebensdauer eines MOBIs etwa 5 Jahre. Entwickelt wurde dieses Konzept von dem US-amerikanischen Start-Up FreeWire. Mit der Unterstützung von Siemens steigert das kalifornische Start-Up die Attraktivität des Betriebs von Elektroautos. Vorteile von MOBI Vorteile von MOBI MOBI ist vollkommen flexibel und kann Elektrofahrzeuge an jedem beliebigen Ort laden, z.B. auf dem Parkplatz eines Supermarktes oder Büros. Der Kunde vermeidet hohe Infrastrukturkosten und eine zu geringe Auslastung - zwei typische Probleme der üblichen stationären Ladestationen. MOBI bietet den Besitzern von Elektroautos eine kosteneffiziente und problemlos erweiterbare Lösung und spart ihnen eine aufwändige Suche nach der nächsten verfügbaren Ladestation. Mobile Speicher wie MOBI können den Mangel an festen Ladestationen in vielen Ländern ausgleichen und bringen somit einen großen Vorteil für die Infrastruktur von Elektromobilität. *Überprüfung der technischen Umsetzbarkeit nötig

24 Quiz ?

25 Was sind die wichtigsten Rohstoffbestanteile in einer Batterie?
Lithium, Nickel und Kalium Kobalt, Nickel und Lithium Kalium, Nickel und Magnesium Kobalt, Nickel und Magnesium

26 Wie viel % der Umweltbelastung, die von einem Elektroauto ausgeht, fällt auf die reine Herstellung des Autos? 65% 10% 80% 35%

27 In wie vielen Schritten werden an der TU Braunschweig Batterien recycelt?
5 3 6 4

28 Welche Rückgewinnungsquote wird von der EU gefordert, wenn es um den Batterie-recyclingprozess geht?
50% 30% 75%

29 Wie lautet der Anspruch von Umicore?
Nachhaltig wirtschaften für eine bessere Welt Werkstoffe für ein besseres Leben Die Umwelt ist unser teuerstes Gut

30 Ab welchem Prozentsatz der ursprünglichen Kapazität sind Batterien nicht mehr für die Nutzung in Elektrofahrzeugen geeignet? 50-60% 60-70% 70-80%

31 Welche dieser Projekte gehörten zu der Projektkooperation „Second Life Batteries“?
Verwendung der Batterie als Leistungspuffer bei Schnellladestationen Speicherung von Solarstrom für den Eigenverbrauch mithilfe von ausgedienten Batterien Errichtung einer 2-Megawatt-Batterie in Hamburg Verwendung der Batterien als mobile Zwischenspeicher für eine mobile Ladestation

32 Quellenverzeichnis elektroautos/ html batterien_ _ html 2012/forschung-und-entwicklung-zum-thema-batterierecycling lithium-ionen-batterienlithorec batterien.pdf speichertechnik/lithorec-recycling-von- lithium-ionen-batterienlithorec

33 Quellenverzeichnis   second-life-batteries/