Der Batterie-Recycling-Markt wartet mit zahlreichen neuen Entwicklungen auf. Dazu zählen auch die Anwendungsbereiche der Vakuumtechnik – etwa Prozesse, die in den verschiedenen Ausgangsmaterialien und Batterieformaten variieren, oder Prozessanpassungen zur Reduzierung der Umweltauswirkungen. Battery-News sprach mit Bastian Schöchert, der als „Market Coordinator“ bei „Busch Vacuum Solutions“ für Batterie-Recycling verantwortlich ist, über Anforderungen, Herausforderungen und Trends.
Battery-News: Wo kommt Vakuumtechnologie beim Recycling von Lithium-Ionen-Batterien konkret zum Einsatz?
Bastian Schöchert: Um den Übergang von konventioneller Antriebstechnologie zur Elektromobilität zu ermöglichen, muss die Verfügbarkeit der Ressourcen gesichert werden. Wie bei jedem Produkt, ist Recycling eine wirtschaftliche und umweltfreundliche Methode, um den fortlaufenden Bedarf an ständig wieder neu zu fördernden Rohstoffen zu verringern. Innovative, vielversprechende Recycling-Methoden können durch die Nutzung von Prozessen unter Vakuum eine Recycling-Quote von bis zu 91 Prozent erreichen. Es gibt mehrere wesentliche Technologien zum Recycling von Lithium-Ionen-Batterien, bei denen Vakuum jeweils eine entscheidende Rolle spielt: in der mechanischen Aufbereitung, in der Hydrometallurgie und in der Pyrometallurgie. Jede Methode für sich hat eher geringe Rückgewinnungsraten, und einige sind sehr energieintensiv. Neue Ansätze nutzen Vakuumtechnik und eine Kombination dieser Methoden, um höhere Recycling-Raten zu erreichen und damit die Gesamtrückgewinnungsquote zu erhöhen. So lässt sich beispielsweise der Elektrolyt unter Vakuum fast vollständig zurückgewinnen, und durch Prozessführung bei niedrigeren Temperaturen lassen sich die CO2-Emissionen deutlich reduzieren.
„Ohne Recycling wird der Boom der E-Mobilität unsere derzeit bekannten Lithium-Reserven schnell erschöpfen.“
Bastian Schöchert, Market Coordinator bei Busch Vacuum Solutions
Battery-News: Was sind derzeit die Treiber im Markt?
Schöchert: Bei der Herstellung eines Elektrofahrzeugs ist der Akku bekanntlich das teuerste Bauteil. Die Batterie kann bis zu 50 Prozent der Gesamtkosten des Fahrzeugs ausmachen, wobei der Großteil dieser Kosten auf das Material zurückzuführen ist. Aus wirtschaftlicher Sicht ist deshalb eine hohe Recycling-Quote sinnvoll. Genauso wichtig ist es, Umweltaspekte im gesamten Lebenszyklus der Batterie zu berücksichtigen. Die in einer Lithium-Ionen-Batterie enthaltenen wertvollen Metalle wie Lithium, Nickel und Kobalt sind endliche Materialien – und die Nachfrage wächst. Ohne Recycling wird der Boom der E-Mobilität unsere derzeit bekannten Lithium-Reserven schnell erschöpfen. Das wurde von der EU in ihrer Richtlinie für das Jahr 2023 anerkannt, die deshalb klare Recycling-Ziele für die verschiedenen Werkstoffe in der Batterie festlegt. Umso wichtiger ist es, dass die Umstellung von der konventionellen Mobilität auf die Elektromobilität auch nachhaltig erfolgt. Wir müssen die Verfügbarkeit der Ressourcen derart sichern, dass die Auswirkungen auf den Planeten so gering wie möglich sind. Außerdem müssen ein Lithium-Ionen-Akkus am Ende ihrer Lebensdauer fachgerecht entsorgt werden, denn die darin enthaltenen Materialien können bei ihrer Freisetzung eine Gefahr für die Umwelt sein.
Battery-News: Worin liegen aktuell die größten Herausforderungen bei der Vakuumtechnik im Batterie-Recycling?
Schöchert: Unterschiedliche Rohstoffe machen das Recycling von Batterien zu einem komplexen Verfahren, das bei ungünstiger Prozessführung gefährlich werden kann. Bei der Auswahl einer Vakuumpumpe für das Batterie-Recycling ist auf ihre Fähigkeit zum Betrieb mit reaktiven Chemikalien zu achten. Außerdem muss die Korrosionsbeständigkeit gewährleistet sein, und ebenso wichtig ist ein niedriger Stromverbrauch bei gleichzeitiger Bereitstellung des erforderlichen Vakuumniveaus. Aufgrund des unterschiedlichen Vakuumniveaus verschiedener Prozesse sollte auch das Saugvermögen der Vakuumpumpe bei unterschiedlichen Prozessbedingungen berücksichtigt werden. Bestimmte Elektrolytkomponenten haben einen niedrigen Dampfdruck, und je nach Temperaturniveau ist ein Hochvakuum erforderlich, um diese Komponenten zurückzugewinnen.
„Vakuum spielt in allen chemischen Prozessen eine zentrale Rolle: vom Transport der Rohstoffe bis hin zur Destillation der Endprodukte.“
Bastian Schöchert, Market Coordinator bei Busch Vacuum Solutions
Battery-News: Gibt es weitere wichtige Anforderungen an Ihre Vakuumtechnik beim Recycling von Lithium-Ionen-Batterien?
Schöchert: Vakuum spielt in allen chemischen Prozessen eine zentrale Rolle: vom Transport der Rohstoffe bis hin zur Destillation der Endprodukte. Weltweit setzen viele Unternehmen aus dem Bereich der chemischen und pharmazeutischen Verfahrenstechnik auf Vakuumtechnologie der Busch Group. Durch unsere langjährige Erfahrung in der chemischen Industrie können wir zum einen auf ein umfangreiches Produktportfolio an ATEX-zertifizierten Vakuumerzeugern zurückgreifen, zum anderen können unsere Kunden auch in der Engineering-Phase, also beispielsweise bei Risikoanalysen und HAZOP-Studies, von unserem ATEX-Know-how und Prozesswissen profitieren. Außerdem unterstützen wir die Betreiber von überwachungsbedürftigen Anlagen durch Übernahme der regelmäßigen Prüfungen im Rahmen unseres ATEX-Checks. Auf Wunsch nehmen wir elektrische und mechanische Prüfungen relevanter Komponenten vor, sowie Kalibrierungen, Funktionstests und die Überprüfung definierter Abschaltpunkte der verbauten Sensoren. Auch die Prüfung von Elektromotoren gehört in der Regel zu unserem Leistungsspektrum.
Battery-News: Mit welchem Alleinstellungsmerkmal werben Sie für Ihre Technologie?
Schöchert: Wir sind ein One-Stop-Shop, was bedeutet, dass jeglicher Bedarf im Hinblick auf Vakuum- und Lecksuch-Equipment beui uns aus einer Hand erworben werden kann. Ein wichtiger Aspekt in der Batterie-Industrie ist eine schnelle Reaktionszeit, sollte einmal ein Fehler auftreten. Hier kann die Busch Group mit einem weltweiten Service-Netzwerk punkten. Unsere Dienstleistungen im Bereich der Dichtheitsprüfung umfassen Machbarkeits- und Taktzeitstudien, Auftragslecksuche und Restgasanalysen, die weltweit in unseren Anwendungslabors realisiert werden können.
Anmerkung der Redaktion: Weitere Informationen zu derartigen Dienstleistungen sind in einem früheren Battery-News-Interview verfügbar:
Auf Lecksuche: „Zunehmende Batterieproduktion erzeugt wachsenden Bedarf für Vakuumtechnik“
Battery-News: Das Batterie-Recycling wächst im Umfeld des Markts für die Zellproduktion. Wo und mit welchen Lösungen hat sich die Busch Group in der Zellproduktion positioniert?
Schöchert: Um die einwandfreie Funktion von Lithium-Ionen-Batterien zu gewährleisten, ist ihre Unversehrtheit und Dichtigkeit gegenüber äußeren Einflüssen entscheidend. Eindringende Feuchtigkeit kann die Qualität und die Sicherheit beeinflussen. Deshalb werden in der Batterieproduktion Lecksuchanlagen eingesetzt, mit denen die Batterien überprüft werden. Beim Mixen des „Slurrys“ sorgt Vakuumtechnik für die Vermeidung von Lufteinschlüssen. Das Trocknen der beschichteten Elektroden unter Vakuum garantiert eine minimale Restfeuchte. Beim Befüllen der Zelle wird der Elektrolyt über eine hochpräzise Dosierlanze unter Vakuum eingebracht. Im Rahmen der Formierung von Batteriezellen kommt es während des ersten Ladevorgangs zu einer starken Gasentwicklung. Die austretenden Gase werden unter Schutzgasatmosphäre evakuiert. Um die langfristige Leistung und den sicheren Betrieb einer Batterie zu gewährleisten, ist nicht nur Vakuum in den vorgelagerten Produktionsschritten erforderlich: Auch die Lecksuche ist ein wesentlicher Bestandteil in der Qualitätskontrolle. Die Dichtheitsprüfung wird zu verschiedenen Zeitpunkten während der Wertschöpfung vorgenommen. Somit sind Vakuum- und Lecksuchtechnologien im Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien von entscheidender Bedeutung, vom Mischen bis zum Recycling: Vakuumlösungen für den Produktionsprozess von Lithium-Ionen-Batterien | Busch Global
„Die Vakuumtechnik wird in den heute diskutierten Prozessen der Festkörperbatterie eine ähnliche Rolle spielen wie bei den aktuellen Lithium-Ionen-Akkus.“
Bastian Schöchert, Market Coordinator bei Busch Vacuum Solutions
Battery-News: Blicken wir zum Schluss noch in die Zukunft – und damit in die Zeit nach der heute gängigen Lithium-Ionen-Batterie. Welches Potenzial sehen Sie in der Festkörperbatterie und der daran beteiligten Vakuumtechnologie?
Schöchert: Beim Herstellungsprozess von Festkörperbatterien werden einige Fertigungsschritte, die heute den Einsatz von Vakuumtechnik erfordern, wahrscheinlich nicht mehr zum Einsatz kommen – etwa das Filling, das Soaking und das Formieren. Stattdessen wird die Vakuumerzeugung in anderen Prozessschritten an Bedeutung gewinnen, beispielsweise bei der Elektrodenbeschichtung und der anschließenden Trocknung. Das wird vor allem von der Zellchemie und dem Zellformat abhängig sein. Im Bereich des Recyclings von Festkörperbatterien sind die Prozesse noch nicht ausgereift. Aber aus meiner Sicht wird die Vakuumtechnik in den heute diskutierten Prozessen eine ähnliche Rolle spielen wie bei den Lithium-Ionen-Batterien der aktuellen Generation.
