Lithium-Recycling: Wie lassen sich Lithium-Ionen-Akkus sinnvoll wiederverwerten?

Smartphone, Laptop, E-Bike – unzählige Geräte im Haushalt enthalten Lithium-Ionen-Akkus. Der Bedarf an immer größeren und leistungsfähigeren Akkus steigt, nicht zuletzt durch die wachsende E-Mobilität und die Zunahme von privaten PV-Anlagen mit Stromspeichern. Aber was passiert, wenn die Speicherkapazität dieser Batterien nachlässt? Sitzen wir in ein paar Jahren auf Bergen von ausrangierten Lithium-Ionen-Akkus?

Dieser Beitrag gibt Ihnen einen Überblick, ob und wie man Lithium und andere Rohstoffe in Batterien recyceln kann und welche Möglichkeiten es gibt, die wachsende Nachfrage an Lithium-Ionen-Akkus zu bedienen.

Was ist Lithium?

Lithium ist ein Alkalimetall, das natürlicherweise in Form von Lithium-Salzen in Meeren oder Binnengewässern vorkommt. Die größten Lithium-Vorkommen befinden sich in Südamerika, wo der Rohstoff aus dem Grundwasser geholt oder in ausgetrockneten Salzseen abgebaut wird. Bisher ging der größte Teil der Lithium-Vorkommen in die Glas- und Keramikproduktion – aber insbesondere durch die Zunahme von E-Autos steigt der Bedarf an Lithium für Lithium-Ionen-Batterien.

Kann man Lithium-Akkus recyceln?

Nach aktuellem Stand sind Lithium-Ionen-Akkus zu etwa 90 % recycelbar. Allerdings sind diese Recycling-Verfahren sehr aufwendig und teuer: Um alle in den Batterien enthaltenen Rohstoffe zu separieren und wiederzuverwerten, müssen eine Reihe verschiedener Verfahren kombiniert werden. Noch gibt es relativ wenige Anlagen in Deutschland, die diese Recycling-Verfahren umsetzen können – auch, weil die Zahl der ausrangierten Li-Ion-Akkus bisher relativ überschaubar war. So wurden 2021 mehr als viermal so viele Blei-Säure-Altbatterien recycelt wie Lithium-Ionen-Batterie n. Es ist anzunehmen, dass die Entsorgung und Wiederverwertung von Lithium-Batterien in den nächsten Jahren stark zunehmen wird, wenn die Akkus der ersten serienmäßig verkauften E-Autos, E-Bikes und Stromspeicher zurücklaufen.

Warum ist das Recycling von Lithium-Ionen-Akkus so wichtig?

Neben Lithium enthalten Lithium-Ionen-Akkus andere wertvolle Rohstoffe wie Kobalt, Nickel und Mangan. Die Nachfrage nach diesen Rohstoffen steigt beständig an: Durch den Trend zum E-Auto, zum E-Bike und zu stationären Stromspeichern im eigenen Zuhause benötigen wir immer mehr und immer größere Lithium-Ionen-Akkus. Prognosen gehen davon aus, dass sich der Bedarf an Lithium von heute bis zum Jahr 2030 etwa vervierfachen könnte.

Auf der folgenden Grafik zeigt Statista die Prognose des jährlichen Bedarfs (in Kilotonnen) an Rohmaterialien zur Herstellung von Elektroauto-Batterien in der Europäischen Union in den Jahren 2018 und 2030.

Um den wachsenden Bedarf zu decken, reicht es nicht, einfach mehr Rohstoffe abzubauen – zumal der Abbau in der Regel sehr umweltbelastend ist. Auch die Rohstoffe aus ausrangierten Lithium-Ionen-Akkus müssen wiederverwertet werden. Noch ist das Recycling nicht wirklich lohnend mit Blick auf Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit. Es gibt aber bereits Unternehmen, die an neuen Methoden forschen, wie man Lithium-Batterien noch effektiver und umweltfreundlicher recyceln kann. 

Welche recyclingfähigen Rohstoffe stecken in Lithium-Ionen-Akkus?

Lithium-Ionen-Akkus enthalten nicht nur Lithium, sondern eine ganze Reihe weiterer wertvoller Rohstoffe, darunter Mangan, Kobalt, Nickel und Grafit. Zudem besteht das Batteriegehäuse aus Aluminium und Stahl, die ebenfalls recycelt werden können. 

Eine E-Auto-Batterie wiegt zwischen 200 und 600 kg und hat eine Leistung von 40 bis 100 kWh. In einer durchschnittlichen Lithium-Ionen-Batterie fürs E-Auto (400 kg) stecken folgende recycelbare Rohstoffe:  

• Grafit: 33 kg
• Kobalt: 12 kg
• Nickel: 12 kg
• Mangan: 11 kg
• Lithium: 4 kg

Alte Lithium-Batterien einfach zu entsorgen, würde also heißen, auf etliche Kilogramm wertvolle Rohstoffe zu verzichten, die in neuen Akkus oder anderen technischen Geräten Anwendung finden.

Das Batteriegesetz (BattG.): gesetzliche Regelung von Rücknahme und Recycling

Der Umgang mit Altbatterien ist gesetzlich geregelt. EU-weit gilt die die EU-Batterierichtlinie (BattRL 2006/66/EG). Innerhalb Deutschlands gibt es zusätzlich das Batteriegesetz (BattG), das 2009 beschlossen und 2021 überarbeitet wurde. Im Wesentlichen besagt dieses Gesetz, dass alle Arten von Batterien, unabhängig von ihrer Größe und Nutzung, am Ende ihrer Lebensdauer vom Hersteller zurückgenommen und fachgerecht entsorgt oder dem Recycling zugeführt werden müssen. 

Kleinbatterien kann man daher überall dort zurückgeben, wo sie verkauft werden: In der Drogerie, im Supermarkt oder im Elektromarkt. Auch wir von SENEC sind gesetzlich verpflichtet, die Lithium-Ionen-Akkus in unseren Stromspeichern nach Ende ihrer Lebensdauer kostenlos zurückzunehmen, um sie nach Möglichkeit recyceln oder entsorgen zu lassen. 

Diese Möglichkeiten gibt es zum Recyclen von Lithium-Akkus

Das aufwendige Recycling macht die einzelnen Rohstoffe in Lithium-Ionen-Akkus wieder verfügbar – es ist aber nicht die einzige Methode, um Batterien wiederzuverwerten. Gerade leistungsstarke Industrie-Akkus werden oft als Second-Life-Stromspeicher eingesetzt.

 

Wiederverwenden statt Recyceln: Second-Life-Einsatz für E-Auto-Akkus

In Elektrofahrzeugen kommen sehr leistungsstarke Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz, die großen Belastungen standhalten müssen: Die Akkus werden mit hoher Geschwindigkeit be- und entladen und machen viele Ladezyklen in vergleichsweise kurzer Zeit mit. Wenn ein solcher Akku für den Betrieb im Elektrofahrzeug ausrangiert wird, hat er immer noch 70 bis 80 % seiner Leistungskapazität – und eignet sich damit als stationärer Stromspeicher, etwa um Strom aus Solar- oder Windkraftanlagen zwischenzuspeichern. Auf diese Weise können die alten Batterien noch bis zu 10 Jahre im Einsatz bleiben.

 

Positives Beispiel 1

Ein Fährterminal im Hamburger Hafen beherbergt einen Stromspeicher, der aus ausrangierten BWM i3-Akkus besteht. Der Speicher mit 2 Megawatt Leistung wird eingesetzt, um Lastspitzen im öffentlichen Stromnetz auszugleichen. 

 

Positives Beispiel 2

Das BMW-Werk in Leipzig erzeugt seit Jahren eigenen Strom aus Solar- und Windenergie. Seit 2017 wird der selbst produzierte Strom in einen Großspeicher gespeichert, der aus 700 i3-Akkus zusammengeschaltet ist. Ausrangierte und neue Akkus wurden für den Speicher gemischt. 

 

Theoretisch kann man eine ausrangierte E-Auto-Batterie auch nutzen, um den Stromüberschuss aus der eigenen PV-Anlage zu speichern. SENEC.Home Speicher verwenden allerdings ausschließlich fabrikneue und geprüfte Lithium-Ionen-Akkus. Auf diese Weise können wir 100 % Speicherkapazität für die ersten zehn Jahre garantieren – als bisher einziger Hersteller am Markt. 

Recycling von Lithium-Ionen-Akkus 

Lithium-Batterien bestehen aus mehreren Schichten. Die entscheidenden Bauteile sind die negativ geladene Graphit-Elektrode und die positiv geladene Lithium-Metalloxid-Elektrode. Umgeben sind die zwei Elektroden von dünnen Folien aus Aluminium und Kupfer. Der schichtartige Aufbau macht das Recycling von Lithium-Batterien so kompliziert: Bevor die Rohstoffe wiederverwertet werden können, müssen sie erst aufwendig voneinander getrennt werden. 

 

Mechanisches Recycling

Bei der konventionellen Recycling-Methode werden die einzelnen Schichten der Akkus voneinander getrennt und jeweils fein zerkleinert. Da die verwendeten Metalle jeweils unterschiedliche magnetische Eigenschaften haben, lässt sich ein Teil der Rohstoffe aus den geschredderten Materialien zurückgewinnen.

 

Polymetallurgisches Recycling

Beim polymetallurgischen Recycling werden die Rohstoffe im Grunde aus den Altbatterien „herausgeschmolzen“. Die ausrangierten Akkus werden bei hohen Temperaturen erhitzt, sodass sich zunächst das Kunststoffgehäuse und andere nicht-metallische Stoffe lösen. Da die verwendeten Metalle wie Lithium, Kobalt und Aluminium jeweils einen unterschiedlichen Schmelzpunkt haben, kann man je nach erreichter Temperatur den jeweiligen Rohstoff extrahieren. Die polymetallurgische Aufbereitung ist eine sehr effektive Recycling-Methode, allerdings benötigt sie enorm viel Energie. Daher ist das Recycling mit dieser Methode nur wenig nachhaltig.

 

Innovative Ansätze für Lithium-Recycling

In Deutschland gibt es aktuell mehrere Unternehmen, die an Methoden arbeiten, Lithium-Batterien möglichst effektiv und gleichzeitig nachhaltig zu recyceln. Die Firma Duesenfeld beispielsweise schmilzt die Akkus nicht ein, sondern schreddert sie und extrahiert anschließend die einzelnen Rohstoffe mit einer Kombination verschiedener Prozesse. Auf diese Weise können bis zu 96 % der Rohstoffe zurückgewonnen werden. 

Einen anderen Ansatz verfolgt das Fraunhofer Institut für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS. Im Rahmen des Projekts Automotive Battery Recycling 2020 hat das Institut ein Verfahren entwickelt, bei dem sich große Lithium-Batterien durch eine gezielte, plötzliche Entladung in ihre einzelnen Bestandteile trennen. Anschließend können die Rohstoffe in mechanischen Verfahren extrahiert werden.

Wussten Sie, dass auch Solaranlagen recycelt werden können? Wie das funktioniert und welche gesetzlichen Vorgaben es gibt, erfahren Sie in unserem Beitrag Recycling und Entsorgung von Photovoltaikanlagen.

Was passiert mit meinen ausrangierten Stromspeicher-Akkus?

Große Lithium-Ionen-Akkus befinden sich nicht nur in Ihrem Elektrofahrzeug, sie sind auch das Herzstück von Stromspeichern, in denen Sie den Strom aus Ihrer Photovoltaikanlage speichern und zu einem späteren Zeitpunkt nutzen können. In der Regel befinden sich in einem solchen Stromspeicher sogar mehrere leistungsstarke Li-Ion-Batterien. Die Lebensdauer von Stromspeicher-Akkus ist allerdings deutlich länger als die von E-Auto-Akkus, da sie nicht so stark belastet werden. 

SENEC beispielsweise garantiert Ihnen 100 % lineare Leistungskapazität für die ersten 10 Jahre, die Ihr SENEC.Home Speicher in Betrieb ist. Aber auch danach bleiben die Akkus für viele Jahre leistungsfähig. Wenn sie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben, nimmt Ihr SENEC Fachpartner die ausrangierten Akkus kostenlos zurück und führt sie dem Recycling-Kreislauf zu. So können wir alle dazu beitragen, den beständig wachsenden Bedarf an Rohstoffen für Lithium-Ionen-Akkus zu decken.