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Sauer macht Kreislauf Zitronensäure recycelt alte Akkus günstig und umweltfreundlich

Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker 2 min Lesedauer

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Ein einfaches, sehr effizientes, günstiges und umweltfreundliches Verfahren könnte eine Alternative für das Recycling verbrauchter Lithiumionen-Akkumulatoren ebnen. Es brauche nur Zitronensäure ...

Sauer macht bekanntlich lustig! Aber Zitronensäure zaubert auch ein Lächeln auf Forschergesichter. Denn damit kann man offensichtlich das Recycling von verbrauchten Lithium-Ionen-Akkus revolutionieren ...(Bild: Zitrusfan)
Sauer macht bekanntlich lustig! Aber Zitronensäure zaubert auch ein Lächeln auf Forschergesichter. Denn damit kann man offensichtlich das Recycling von verbrauchten Lithium-Ionen-Akkus revolutionieren ...
(Bild: Zitrusfan)

Fürs Smartphone bis zum Elektrofahrzeug werden Lithium-Ionen-Akkus benötigt. Sind aus unserem Leben quasi nicht mehr wegzudenken. Aber auch sind sie eine wichtige Komponente für die Energiewende, indem sie überschüssige Solar- und Windenergie speichern und bei Bedarf wieder ins Netz einspeisen, sagen die Forscher. Doch nichts gibt es ohne Nachteile! Denn ihre begrenzte Lebensdauer sorgt für Unmengen verbrauchter Akkus, die gefährliche Schwermetalle und andere problematische Stoffe enthalten, die aber auch wichtige Rohstoffe sind. So werden die Metallressourcen des Planeten mit der Zeit erschöpft. Und Recyclingverfahren krankten meist am hohen Energieverbrauch, hohen Emissionen, begrenzter Materialrückgewinnung oder regenerierten Materialien minderer Qualität. Oder sie benötigten viele Chemikalien, seien kompliziert, teuer und erzeugten giftige Gase und Abwässer. Eine Alternative stellt die Auslaugung mit biokompatiblen organischen Säuren wie eben Zitronensäure dar, wie es weiter heißt. Das dabei übliche Verfahren (Chelat-Gel) bedürfe bisher jedoch einen deutlichen Überschuss der Säure und der pH-Wert müsse auch kontinuierlich mit Ammoniak justiert werden. Das ist aufwändig und nicht sehr umweltfreundlich.

Nur recht wenig Zitronensäure wird benötigt

Chinesische Forscher haben aber jetzt, wie gesagt, eine neuartige auf Zitronensäure basierende Methode zur Auslaugung, Abtrennung und Wiederverwertung der Metalle aus NCM-Kathoden entwickelt. NCM ist ein Mischoxid aus Nickel, Cobalt und Mangan mit lamellenartiger Struktur. Zwischen den Schichten sind Lithiumionen eingelagert. Der Trick ist, dass nicht wie üblich mit einem Überschuss an Zitronensäure gelaugt wird, sondern mit einer relativ geringen Menge davon. So dissoziieren (zerfallen) nur zwei der drei Säuregruppen der Zitronensäure. Die freigesetzten Protonen brechen die Lithium-Sauerstoff-Bindungen auf und setzen so Lithiumionen aus dem NCM in die Lösung frei. Auch die Bindungen zwischen den anderen Metallionen und den Sauerstoffionen werden gespalten, wie die Forscher erklären.

So kann man sich das umweltschonende Recycling von alten Lithium-Ionen-Akkus lediglich mit Zitronensäure vorstellen ...(Bild: Wiley-VCH)
So kann man sich das umweltschonende Recycling von alten Lithium-Ionen-Akkus lediglich mit Zitronensäure vorstellen ...
(Bild: Wiley-VCH)

Aus Gel wird wieder Elektrodenmaterial

Nickel, Cobalt und Mangan gehen dabei in Lösung, in der sie von den Anionen der Zitronensäure als stabile Komplexe gebunden werden. Die dritte Säuregruppe der Zitronensäure reagiert dann mit der Hydroxylgruppe desselben Moleküls. Unter Ringbildung kommt es zu einer intramolekularen Veresterung („Fischer-Lactonisierung“). Diese erleichtert, wie es weiter heißt, die Weiterreaktion der Zwischenstufen untereinander zu einem Polyester, der wiederum zu festen Partikeln geliert und dann leicht abgetrennt werden kann. Energieverbrauch und CO2-Emissionen sind deutlich geringer als bei konventionellen, hydrometallurgischen Recyclingmethoden. Anschließend könne das Gel erhitzt und der organische Anteil verbrannt werden. So bildet sich wieder ein NCM-Schichtgitter mit eingelagerten Lithiumionen, das erneut als hochwertiges Elektrodenmaterial eingesetzt werden kann.

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