Fraunhofer FFB Studie zeigt sieben Trends für Batterierecycling
Bis 2030 wird sich die Menge ausgedienter Batterien voraussichtlich verdreifachen, gleichzeitig steigt die Komplexität der Rücklaufströme. Eine gemeinsame Studie der Fraunhofer FFB, der Universität Münster, Porsche Consulting und Volkswagen zeigt: Recyclingunternehmen müssen bestehende Verfahren jetzt wirtschaftlich skalieren und sich auf künftig vielfältigere Batterietypen vorbereiten. Die Ergebnisse erschienen in »Nature Energy«.
Bis 2030 verdreifacht sich die Menge ausgedienter Batterien, zeigt eine neue Studie im Fachjournal "Nature Energy".
Bis 2030 wird sich die Menge an ausgedienten Batterien und zu recycelnden Materialien voraussichtlich verdreifachen. Gleichzeitig nimmt die Komplexität der Rücklaufströme zu, etwa durch unterschiedliche Batterietypen, Designs und chemische Zusammensetzungen. Eine gemeinsame Studie der Fraunhofer FFB, des Instituts für Wirtschaftschemie der Universität Münster, Porsche Consulting und Volkswagen zeigt: Für Recyclingunternehmen kommt es nun vor allem auf eine wirtschaftlich tragfähige Skalierung bestehender Recyclingverfahren und die rechtzeitige Vorbereitung auf künftig vielfältigere Rücklaufströme an. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift »Nature Energy« veröffentlicht.
Aufgrund der Lebensdauer von Fahrzeugbatterien folgt der industrielle Hochlauf des Batterierecyclings dem Ausbau der Batteriezellproduktion mit einer Verzögerung von rund zehn Jahren. Die aktuelle Aufbauphase der Recyclingbranche ist daher entscheidend: Unternehmen müssen Verfahren, Logistik und Geschäftsmodelle so weiterentwickeln, dass sie mit steigenden Mengen und einer wachsenden Vielfalt an Fahrzeugbatterien Schritt halten können. Regulatorische Vorgaben wie Mindestrückgewinnungsquoten, Rezyklatanteile in neuen Batterien und die erweiterte Herstellerverantwortung erhöhen den Handlungsdruck zusätzlich.
„Um in der Skalierungsphase nach 2030 wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Recyclingunternehmen die aktuelle Aufbauphase nutzen, um ihre Prozesse zu optimieren, Kosten zu senken und tragfähige Geschäftsmodelle zu entwickeln", sagt Prof. Dr. Simon Lux, Institutsleiter der Fraunhofer FFB und Mitautor der Studie. „Entscheidend wird dabei eine enge Zusammenarbeit mit Automobilherstellern sein, um frühzeitig Zugang zu Batterierückläufen zu erhalten und sich auf zukünftige Technologieentwicklungen vorzubereiten."
Inhalt:
- Bis 2030 verdreifacht sich die Menge ausgedienter Batterien, zeigt eine neue Studie im Fachjournal "Nature Energy".
- Produktionsabfälle prägen die kommende Phase
- Neue Zellchemien verändern die Rücklaufströme ab 2030
- Sieben Trends für wirtschaftliches Batterierecycling
- Wissenschaftliche Methodik der Studie
Produktionsabfälle prägen die kommende Phase
In den kommenden Jahren werde die Recyclingbranche der Studie zufolge vor allem von Produktionsabfällen aus der anlaufenden Batteriezellfertigung sowie etablierten Zellchemien auf Basis von Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid und Lithium-Eisenphosphat geprägt sein. Rund 70% der aktuellen Recyclingmengen stammen aus solchen Produktionsabfällen. Für diese Batteriegenerationen stehen mit pyro- und hydrometallurgischen Verfahren bereits geeignete Recyclingtechnologien zur Verfügung. Im Mittelpunkt steht nun, ihre Anwendung wirtschaftlich zu skalieren. Dafür müssen Prozesse in der Rücknahme und Vorbehandlung effizienter, stärker standardisiert und weiter automatisiert werden.
Neue Zellchemien verändern die Rücklaufströme ab 2030
Ab 2030 verändert sich die Ausgangslage deutlich. Die Forschenden gehen von einer hohen Rücklaufmenge aus: Rund 60% Altfahrzeugbatterien und weitere Rücklaufquellen außerhalb der Produktion werden erwartet. Im Gegensatz zu Produktionsabfällen unterscheiden sich diese Batterien stärker hinsichtlich Alter, Zustand, Zellchemie, Zellformat und Systemdesign, was zusätzliche Anforderungen bei Analyse, Sortierung, Deaktivierung und Demontage im Recycling mit sich bringt.
Insbesondere innovative Zellchemien erfordern Anpassungen der Recyclingprozesse. Neben heutigen Lithium-Ionen-Batterien werden künftig auch Natrium-Ionen- und Festkörperbatterien Teil der Rücklaufströme sein. „Natrium-Ionen-Batterien lassen sich grundsätzlich in bestehende Prozessketten integrieren, erfordern jedoch angepasste und möglichst getrennte Materialströme", erläutert Hannah Mittag, wissenschaftliche Mitarbeiterin der Fraunhofer FFB. „Festkörperbatterien bringen jedoch mit neuen Materialien und Zellkonzepten grundlegend neue Sicherheits- und Rückgewinnungskonzepte im Recycling mit sich."
Sieben Trends für wirtschaftliches Batterierecycling
Ein zentrales Ergebnis der Studie ist die angespannte wirtschaftliche Lage vieler Recycler: Besonders für kobalt- und nickelfreie Chemien wie Lithium-Eisenphosphat oder Natrium-Ionen-Batterien übersteigen die Prozesskosten häufig den Wert der zurückgewonnenen Materialien. Die Studie identifiziert sieben zentrale Entwicklungstrends, die die Recyclingökonomie verbessern und den Übergang zu einer vollständig kreislauforientierten Batterieindustrie unterstützen können: ein recyclinggerechtes Batteriedesign mit standardisierten Befestigungssystemen und lösbaren Klebstoffen, die Nutzung von Second-Life-Anwendungen in stationären Speichern, eine effizientere Rücknahmelogistik durch standardisierte Verpackungssysteme und regionale Sammelzentren sowie die Optimierung der Recyclingprozesse. Automatisierung senkt den Arbeitsaufwand bei der Demontage um 50-80%. Hinzu kommen spezialisierte Wertschöpfungsketten mit einer Entkopplung mechanischer Aufbereitung von nachgelagerten Schritten, der Aufbau von Absatzmärkten für Sekundärrohstoffe sowie neue Geschäftsmodelle wie geschlossene Kreisläufe, herstellereigenes Recycling und Second-Life-Nutzung.
„Unsere Studie zeigt, dass Recyclingunternehmen die aktuelle Aufwärmphase nutzen müssen, um Prozesse zu optimieren, Kosten zu senken und sich für die Hochlaufphase nach 2030 zu positionieren. Entscheidend wird dabei die frühzeitige Zusammenarbeit mit Automobil-OEMs sein, um Materialströme zu sichern und wettbewerbsfähig zu bleiben", fasst Mittag zusammen.
Wissenschaftliche Methodik der Studie
In der Studie „Challenges and Trends of Automotive Battery Recycling" wurde der aktuelle Stand des Batterierecyclings umfassend analysiert. Grundlage bildet eine systematische Auswertung bestehender wissenschaftlicher Literatur sowie industrieller Daten entlang der gesamten Recycling-Wertschöpfungskette – von der Rücknahmelogistik über die Vorbehandlung bis zur Materialrückgewinnung. Dabei wurden unterschiedliche Batterietypen, Zellchemien und Systemdesigns berücksichtigt, um die zunehmende Komplexität der Rücklaufströme und deren Auswirkungen auf Recyclingprozesse zu bewerten. Zusätzlich analysiert die Studie technologische, wirtschaftliche und regulatorische Rahmenbedingungen sowie zukünftige Entwicklungen bis 2040. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "Nature Energy" veröffentlicht.
