Wie gut lassen sich Batterien von Elektrofahrzeugen recyceln?
Inzwischen werden weltweit Millionen von Elektrofahrzeugen verkauft, die große Lithium-Ionen-Batterien enthalten. Sowohl aus Gründen der Sicherheit als auch der Nachhaltigkeit müssen diese Batterien am Ende ihrer Lebensdauer recycelt oder sorgfältig entsorgt werden.
Elsa Olivetti, Jerry McAfee (1940) Professor für Ingenieurwesen am Department of Materials Science and Engineering (DMSE) und Co-Direktorin des MIT Climate and Sustainability Consortium, sagt, dass das Geschäft mit dem Recycling von EV-Batterien wie alle Formen des Recyclings davon abhängen wird, welche Materialien am rentabelsten zu bergen sind. Bei Lithium-Ionen-Batterien seien das meist Metalle wie Nickel und Kobalt. Diese Materialien sind teuer und werden oft in Ländern mit niedrigem Einkommen unter problematischen Bedingungen abgebaut.
Die Einsparung von Nickel und Kobalt aus alten Batterien könnte die Menge reduzieren, die neu abgebaut werden muss, insbesondere wenn die Recycler liefern. Ansprüche dass mehr als 95 Prozent dieser Materialien geborgen werden können. Mit dem weltweiten Übergang von gasbetriebenen zu Elektrofahrzeugen wird die Nachfrage nach diesen Materialien jedoch das Angebot aus dem Recycling bei weitem übersteigen, so dass der Abbau von Metallen wie Kobalt weiterhin notwendig sein wird.
Eine EV-Batterie enthält jedoch viel mehr als nur Nickel und Kobalt. Es handelt sich um eine Verschmelzung von Kunststoffen, Kupfer, Aluminium und anderen Materialien, von denen einige nicht vollständig zurückgewonnen werden können, weil sie nicht wertvoll genug sind, um die Mühe wert zu sein. Die Materialien, die nicht recycelt werden, müssen auf einer Deponie entsorgt oder, wenn sie zu gefährlich sind, sicher gelagert werden.
Um recycelt zu werden, müssen EV-Batterien zunächst zerlegt werden, was keine einfache Aufgabe ist, da die Batterien nicht standardisiert sind. Die Packs eines Tesla-, BMW- und Nissan-Elektrofahrzeugs sind unterschiedlich groß und enthalten unterschiedlich geformte Batteriezellen, die durch Schweißnähte und andere Verbindungen miteinander verbunden sind, die aufgebrochen werden müssen. Diese Komplexität macht den Prozess teurer und gefährlicher.
"Die große Herausforderung beim Batterierecycling ist die Variabilität in Bezug auf Chemie und Formfaktor und dass wir vorsichtig sein müssen, sie zu entladen, wenn sie zurückgewonnen werden", sagt Olivetti. Das ist besonders wichtig, da alte oder kaputte Lithium-Ionen-Akkus Feuer fangen können, was die Gefahr erhöht, sie für die Entsorgung zu lagern.
Sobald die alten Batterien zerlegt sind, gibt es mehrere Möglichkeiten der stofflichen Verwertung. Bei "pyrometallurgischen" Prozessen werden die Materialien in einem Ofen sehr hohen Temperaturen ausgesetzt, um einen Teil der Metalle zurückzugewinnen. Bei "hydrometallurgischen" Prozessen werden die Batterieteile in Wasser gelösten chemischen Lösungen ausgesetzt, um die gewünschten Metalle auszulaugen. Keine der beiden Methoden ist perfekt: Beim pyrometallurgischen Recycling wird viel Energie verbraucht, beim hydrometallurgischen Recycling müssen die Komponenten vorher noch weiter zerlegt werden.
Es ist möglich, dass viele Batterien von Elektroautos wiederverwendet und nicht recycelt werden. Eine ältere EV-Batterie ist möglicherweise nicht mehr für Langstreckenfahrten geeignet, könnte aber immer noch über genügend Speicherkapazität verfügen, um anderswo ein zweites Leben zu finden. Zum Beispiel, sagt Olivetti, könnten Blöcke alter Batterien verwendet werden, um das Stromnetz zu entlasten, indem sie Notstrom bereitstellen, wenn er am dringendsten benötigt wird. Im Jahr 2018 hat Nissan experimentierte mit dieser Idee, indem sie neue und alte Batterien ihres Leaf EV-Modells verwenden, um das Fußballstadion von Ajax Amsterdam mit Strom zu versorgen.
"Aber wir müssen sicher sein, dass wir den Zustand der Batterie verstehen", sagt Olivetti. "Und das ist eine Herausforderung."
Vielen Dank an mehrere Leser für die Einsendung entsprechender Fragen, darunter David Elias aus Volcano, Hawaii, Dale Fulton aus Huachuca City, Arizona, und José Miguel RamÃrez aus Quito, Ecuador. Hier können Sie Ihre eigene Frage an Ask MIT Climate stellen.