Rohstoffkreislauf Lithium, Kobalt, Nickel & Co. können elektrochemisch zurückgewonnen werden

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Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angew. Materialforschung - IFAM -

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Bekanntlich gibt es viele wichtige Rohstoffe in Deutschland und auch ganz Europa nicht, weshalb sie importiert werden müssen. Deshalb ist die Rückgewinnung derselben nicht uninteressant ...

Die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Akkus steigt, weil die Welt unabhängiger von fossilen Energieträgern werden will. Sie sind unverzichtbar, wenn es um Elektroautos, Smartphones und Laptops geht. Laut einer Studie der Unternehmensberatung Deloitte ist der Wert der Lithiumimporte in Deutschland zwischen 2013 und 2023 von 514 Millionen Euro auf 21 Milliarden Euro gestiegen – ist heute also das Vierzigfache von damals. Auch Kobalt oder Nickel sind von hoher wirtschaftlicher Bedeutung, aber nur schwer zugänglich. Und der Import fördert globale Abhängigkeiten. An einer Alternative arbeiten deshalb Forscher am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Bremen, um diese Rohstoffe und seltene Erden mit einer hohen Ausbeute und Reinheit zurückzugewinnen. Das Ganze läuft elektrochemisch ab, wie man erfährt. Im Labor hat das schon gut geklappt.

Elektroden holen Schätze aus Prozesswasser

Im Rahmen des Projekts „MeGaBat – Methoden zur elektrochemischen Gewinnung aktiver Batterie- materialien“ entwickelt man ein entsprechendes Verfahren, mit dem sich die wertvollen Elemente während des Recyclings von Batterien isolieren lassen. Die Idee hinter der Technologie ist, dass man das Prozesswasser, das beim Recycling von Batterien sowieso anfällt, in einen elektrochemischen Reaktor leitet. Im Reaktor gibt es zwei Elektroden, die man am IFAM mittels Siebdruck hergestellt hat. Aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften entzögen die Elektroden dem Abwasser gezielt Ionen und speicherten diese auch noch. So können etwa Lithium-Ionen gebunden werden – und man erhält am Ende des Prozesses den separierten Stoff in Pulverform und hoher Reinheit, wie die Bremer Experten betonen. Nach Isolation des gewünschten Stoffes wird das gereinigte Wasser wieder zurückgeführt. Werden die Elektroden entsprechend angepasst, können sie auch andere knappe Rohstoffe binden und aus dem Abwasser zurückgewinnen – zum Beispiel Kobalt, Nickel oder Kupfer. Es sei auch denkbar, dass in einer großen Anlage das Abwasser durch mehrere Reaktoren geleitet wird, um in einer Anlage unterschiedliche kritische Rohstoffe zu recyceln.

Kritische Rohstoffe günstiger zurückgewinnen

Die Forscher merken dabei an, dass im Gegensatz zu bisherigen Aufbereitungsansätzen – wie dem hydrometallurgischen Verfahren, das sehr CO₂- und energieintensiv ist – die neue Methode ohne Chemikalien, also Laugen oder Säuren auskommt. Auch sei der Energiebedarf geringer, was das Ganze günstiger mache. Auch lässt sich außer der Reinheit der wiedergewonnenen Rohstoffe die Effizienz des gesamten Verfahrens steigern, heißt es weiter – Schätzungen zufolge um 30 bis 40 Prozent. Und gemäß EU-Vorgaben müssen Hersteller künftig häufiger den gesamten CO₂-Fußabdruck vom Rohstoff bis zum Produkt nachweisen. In neuen Produkten muss außerdem mehr recyceltes Material eingesetzt werden. Die Frage nach Effizienz und Qualität der Rückgewinnung wird also immer wichtiger, so das IFAM. Aktuell arbeitet das Team an einer großen Pilotanlage, mit der auch seltene Erden, die zu 100 Prozent importiert werden müssen, recycelt werden können – etwa aus Elektroabfällen. Das Projekt läuft noch bis Ende 2028 und wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt BMFTR gefördert. Auf der Hannover Messe präsentieren die Forscher übrigens unter anderem ein Modell des neuen elektrochemischen Verfahrens.

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