www.oeko.deStand und Perspektiven des
Recyclings von Lithium-IonenBatterien aus der Elektromobilität
Synthesepapier erstellt im Rahmen des vom
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare
Sicherheit geförderten Verbundvorhabens
MERCATOR„Material Effizientes Recycling für die Circular Economy
von Automobilspeichern durch Technologie ohne
Reststoffe“

Darmstadt,
24.08.2020

Gefördert durch das Bundesministerium für Umwelt,
Naturschutz und nukleare Sicherheit
Autorinnen und Autoren
Dr. Matthias Buchert
Jürgen Sutter
Öko-Institut e.V.

Geschäftsstelle
Freiburg
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79017 Freiburg
Hausadresse
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79100 Freiburg
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www.oeko.deInhaltsverzeichnis
1.

Strategische Relevanz des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien– Stützpfeiler der Elektromobilität
52.

Technologischer Stand des Recyclings von Lithium-IonenBatterien

63.

Mittelfristige Perspektiven der verbesserten Rohstoffeffizienz

11

4.

Ausblick13

5.

Quellen

15

3

1.

Strategische Relevanz des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien – Stützpfeiler der Elektromobilität

Leistungsfähige Lithium-Ionen-Batterien sind das Herzstück für alle Arten von Elektrofahrzeugen von Elektrofahrrädern über Hybrid-PKW (HEV), Plug-in-PKW (PHEV), vollelektrische PKW (BEV),
bis hin zu Elektrobussen sowie Hybrid- oder vollelektrischen Lastwagen. Die strategische Relevanz
eines hochwertigen Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien wurde gerade in Deutschland sehr früh
erkannt. In umfassenden, vom Bundesumweltministerium geförderten Verbundprojekten mit Beteiligung der Industrie und Wissenschaft wurden ab dem Jahr 2009 bis heute wichtige Herausforderungen im Kontext des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien aus der Elektromobilität adressiert unddas große ökologische Potenzial der Recyclingverfahren nachgewiesen (LiBRi 2011, Lithorec I
2012, LithoRec II 2016, EcoBatRec 2016, Mercator 2022).
Die strategische Relevanz des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) liegt einerseits in derBereitstellung von Schlüsselmaterialien in hoher Reinheit für die Batterien wie Kobalt-, Nickel-, Lithiumverbindungen etc. und damit der Verringerung der Abhängigkeit Europas für die sich im Aufbau
befindliche eigene Wertschöpfungskette leistungsfähiger Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien. Anderseits kann mit der Bereitstellung von Lithium-, Kobaltverbindungen usw. aus dem Batterienrecycling eine Versorgungsroute realisiert werden, die sich durch eine gute Umweltbilanz und Arbeitsbedingungen nach europäischen Rechtsnormen auszeichnet.
Neuerdings hat das Thema Recycling von Lithium-Ionen-Batterien zusätzlich eine strategische Relevanz durch die Verabschiedung der Ziele des European Green Deal von der Europäischen Kommission bekommen, welche u. a. eine saubere und kreislauforientierte Wirtschaft umfassen.

Bereits in der Zeit der vorherigen EU Kommission unter Jean-Claude Juncker wurde im Zuge deszunehmenden Markthochlaufs der Elektromobilität in Europa der Ruf nach einer europäischen Wertschöpfungskette für Lithium-Ionen-Zellen immer lauter. Sowohl die EU-Kommission als auch Mitgliedsstaaten wie Frankreich, Deutschland usw. haben umfassende finanzielle Unterstützungen auf
den Weg gebracht, um entsprechende Wertschöpfungsketten europäischer Unternehmen mit Produktionsstandorten in Europa zu realisieren (Handelsblatt 2019). Diese Strategie ist unter dem Slogan „Europäischer Batterien Airbus“ zusammengefasst (Šefčovič 2019).
Der zunehmende Boom hin zur Elektromobilität führte bereits im Jahr 2019 in Europa 1 zu signifikanten Stückzahlen bei teil- und vollelektrischen PKW (ACEA 2020):
 359.796 BEV (plus 80,2 % gegenüber 2018),
 198.853 PHEV (plus 7,1 % gegenüber 2018),
 937.377 HEV (plus 49,5 % gegenüber 2018)
Und sowohl für Europa allgemein und speziell auch für Deutschland wird durch die technologischen
Entwicklungen und die Rahmenbedingungen der Politik in den nächsten Jahren ein massiver Anstieg der Zulassungszahlen für Elektrofahrzeuge erwartet. So sollen nach dem Klimaschutzplan der
Bundesregierung allein in Deutschland im Jahr 2030 bereits 7 – 10 Mio. Elektrofahrzeuge zugelassen sein (Bundesreg. 2019).

1

EU-28 + EFTA (Island, Norwegen und Schweiz)5

Vor dem Hintergrund dieser zunehmenden Dynamik ist es eine strategisch günstige Ausgangslage,
dass deutsche Unternehmen und wissenschaftliche Institutionen bereits vor über zehn Jahren mit
intensiven Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zum Recycling von Lithium-Ionen-Batterien begonnen hatten, und dadurch heute bereits entsprechende industrielle Prozesse realisiert sind (vgl.
Abschnitt 2). Ungeachtet dessen bestehen in den einzelnen Prozessschritten der bestehenden Recyclingverfahren noch signifikante Innovations- und Optimierungspotenziale (Buchert 2018), diedurch weitere Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen erschlossen werden müssen (vgl. Abschnitt 3).
Die hohe Relevanz einer optimierten Recyclingkette für Lithium-Ionen-Batterien ist aktuell auch ein
wichtiger Schwerpunkt von laufenden Arbeiten (Trinomics et al. 2020, Ramboll et al. 2020) für die
DG Environment der Europäischen Kommission, die zum Ziel haben, eine Revision der Europäischen Batterie-Richtlinie vorzubereiten. Neben Themen zu Sammelzielen und Recyclingeffizienzen 2
bzgl. der gesamten Batterie, stehen u. a. spezifische Rückgewinnungsraten für Schlüsselelemente
wie Lithium, Kobalt, Nickel und Kupfer als zukünftige Zielvorgaben einer europäischen Kreislaufwirtschaftspolitik im Mittelpunkt der Analysen und Stakeholderkonsultationen. Mehrere Institutionen
wurden im Verbund beauftragt bis zum Herbst 2020 Entscheidungsgrundlagen vorzubereiten. Die
EU Kommission will auf dieser Basis einen umfassenden Vorschlag für die Revision der bestehenden Batterierichtlinie vorlegen. Damit steht in Aussicht, dass dieses wichtige Regelwerk hinsichtlich
des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien die unbedingt notwendigen Aktualisierungen, Präzisierungen und Optimierungen im Jahre 2021 erhält.

Die strategische Relevanz des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien lässt sich mit folgenden
Punkten zusammenfassen: Bereitstellung von Schlüsselmaterialien der Elektromobilität durch umweltfreundliche, energie- und kosteneffiziente sowie sozial verträgliche Recyclingprozesse in Europa,
 Reduzierung der Abhängigkeit Europas von außereuropäischen Quellen für die sich im Aufbau befindliche deutsche und europäische Industrie für Batteriezellen und Elektromobilität
insgesamt,
 Entwicklung und Aufbau eines neuen High-Tech-Zweigs der Kreislaufwirtschaft mit maßgeblichen Impulsen, Innovationen und Investitionen durch Akteure aus Deutschland, Transfer von Know-how und Anlagentechnik auf der mittel- bis langfristigen Zeitleiste für das
Recycling von Lithium-Ionen-Batterien außerhalb der Europäischen Union.

2.

Technologischer Stand des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien (LiB) für Elektrofahrzeuge haben unterschiedliche Zellzusammensetzungen. In den ersten BEV, PHEV usw. wurden oft Mischungen aus NMC 3- und LMO 4-

2

3
4

6

In der bisherigen Richtlinie fehlen Sammelziele für Lithium-Ionen-Batterien – mit Ausnahme portabler Batterien (hiergilt für die Mitgliedsländer derzeit das Sammelziel 45 %). Weiterhin gilt für Lithium-Ionen-Batterien ein Ziel für die Recyclingeffizienz von 50 Gew.%. Dieses sehr unspezifische Ziel ist seit längerer Zeit unter Fachleuten und Marktteilnehmern hoch umstritten.
NMC = Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide CathodeLMO = Lithium Manganese Oxide CathodeKathodenmaterialien verwendet. Heute dominieren NMC-Zellen den Markt in Europa 5, gefolgt von
NCA 6-Zellen (Fab4Lib 2019). Die Anodenmaterialien sind aus Graphit hergestellt. Der Elektrolyt besteht aus organischen Lösungsmitteln und einem fluorhaltigen Leitsalz. Im Gegensatz zu tragbaren
Batterien bestehen Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge zu einem großen Teil (bis ca. 40
Gew.-%) aus anderen Anbaukomponenten wie z. B. Batteriegehäusen, Kabeln, Batteriemanagementsystemen, verschiedenen Schrauben, Kunststoffteilen usw.
Technologische Verfahren:
Zu entsorgende Lithium-Ionen-Batterien werden zunächst aus den Personenkraftwagen sachgerecht ausgebaut. Aufgrund der Hochspannungsbatterien darf für diese Arbeiten nur speziell geschultes elektrotechnisches Fachpersonal eingesetzt werden. Die Lithium-Ionen-Batterien können nun
als Gefahrgut 7 zu Demontageanlagen transportiert werden. Je nach Prozess werden Lithium-IonenBatterien ggfs. entladen und Komponenten wie Gehäuse (Stahl/Kunststoff/Aluminium), Kabel (Kupfer), Batteriemanagementsysteme (Leiterplattenschrott) etc. von speziell geschultem Personal mit
Hilfe von Kleinwerkzeugen entfernt. Diese Komponenten werden bestehenden, konventionellen Recyclinganlagen (Stahl-, Kupfer-, Aluminiumrecycling etc.) zugeführt.
Um die Arbeiter in den Demontageanlagen vor möglichen Schadstoffemissionen im Havariefall (insbesondere Fluorwasserstoff und Lösemittel) zu schützen, müssen die Arbeitsplätze gut belüftet sein.
In der Regel werden die Zellmodule getrennt und sicher verpackt (aus Sicherheitsgründen isoliert
durch Sand oder Vermiculit) und zu einer Recyclinganlage transportiert. 8 Wie bei den tragbaren
Lithium-Ionen-Batterien werden für die weitere Behandlung der Zellmodule (LiB-Module) von Elektrofahrzeugen in der Regel im nächsten Schritt je nach Verfahren bzw. Unternehmen pyrometallurgische (a), mechanische (b) oder pyrolytische (c) Verfahren eingesetzt (siehe vereinfachtes Schema
in Abbildung 1).

5

6
7

8

Die NMC-Zellen verschiedener Generationen weisen unterschiedliche Verhältnisse zwischen Nickel, Mangan und Kobalt auf. Der Trend geht hin zu nickelreichen NMC-Zellen mit entsprechend geringerem Kobaltgehalt.
NCA = Lithium Nickel Cobalt Aluminium Oxide CathodeIm Falle von beschädigten oder kritischen Lithium-Ionen-Batterien gelten aufwändige Verpackungs- und Transportvorschriften.
Wenn die Batterien an einem Anlagenstandort demontiert und recycelt werden, entfällt dieser Transportschritt.

7

Abbildung 1

Schema Ausbau, Entladung, Demontage und nachfolgender Behandlungsschritt von LIB aus der Elektromobilität

Die Verfahren zum Recycling der LiB-Batterie-Module unterscheiden sich zunächst wesentlich in
ihren ersten Schritten, neben einer pyrometallurgischen Vorverarbeitung (a) gibt es Verfahren, diemechanische Trennschritte (b) oder Pyrolyse mit nachfolgenden mechanischen Trennschritten (c)einsetzen, siehe Abbildung 2. Die weitere Verarbeitung der zurückgewonnenen Materialien erfolgt
dann je nach Verfahren auf unterschiedlichen hydrometallurgischen oder pyrometallurgischen (mitnachfolgender Hydrometallurgie) Wegen. Ihre wichtigsten Zielmaterialien sind gegenwärtig Kupfersowie Nickel- und Kobalt. Lithium ist zurzeit nur bei wenigen Recyclingprozessen im Fokus. Die
Rückgewinnung von Lithium dürfte jedoch zukünftig wegen steigender Volumina stark an Bedeutung
gewinnen.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Darstellung der Recyclingrouten in Abbildung 2
insgesamt ein idealtypisches Bild darstellen. Zum einen sind Prozessschritte wie die hydrometallurgische Behandlung der „Schwarzmasse“ oder die Rückgewinnung von Lithium bei den unterschiedlichen Verfahren noch wenig realisiert oder die Transparenz der entsprechenden Recyclingunternehmen zu diesen Prozessen ist noch stark verbesserungsbedürftig. Zum anderen sind nahezu bei
allen Prozessschritten in allem Routen noch Optimierungen der Verfahrensschritte notwendig unddaher für die nächsten Jahre vorgesehen.

8Abbildung 2

Schema Recycling LiB-Module (NMC) nach diversen Routen

Bei der pyrometallurgischen Route (a) werden die LiB-Module direkt in einem Schachtofen bei hoher
Temperatur geschmolzen. In der Batterie-Recyclinganlage von Umicore in Hoboken, Belgien wird
beispielsweise eine Legierung gewonnen, die hauptsächlich aus den Zielmetallen Kupfer, Kobalt
und Nickel besteht. Bei diesem Hochtemperaturprozess werden Graphit, organische Lösungsmittel(aus dem Elektrolyten) und Kunststoffkomponenten der Batterien sowie die elektrische Restenergie
der Batteriezellen als Energieträger genutzt und das entstehende Kohlendioxid über den Abgasstrom emittiert. Fluor wird über die Abgasreinigungsanlage in die Flugasche integriert und als
Sondermüll entsorgt. 9 Um gefährliche Emissionen wie z. B. Dioxine und Furane zu vermeiden, ist
die Abgasreinigungsanlage mit einem Plasmabrenner als Hochtemperatur-Nachbrenner ausgerüstet.
Beim Schmelzprozess im Schachtofen wird das in den Batterien enthaltene Lithium vollständig ineine Schlacke eingearbeitet, die als Nebenprodukt abgetrennt wird. Bis 2017 wurde diese Schlacke
als Bauzuschlagstoff verwendet. Nach Angaben von Umicore wird seit 2017 Lithiumcarbonat oder
Lithiumhydroxid von Dritten aus dieser Schlacke zurückgewonnen, so dass es auch wieder für den
Batteriezyklus zur Verfügung steht. 10 Nähere Informationen und Details zu diesem Prozess sindbislang nicht bekannt.
910

https://csm.umicore.com/en/recycling/battery-recycling/our-recycling-process; Diese Anlage ist auch für das Recycling
von NiMH-Batterien geeignet. Das nickel- und kobalthaltige Material wird in die beschriebene Kupfer-Kobalt-NickelLegierung umgewandelt. Die Seltenerdmetalle (aus NiMH-Batterien) werden vollständig in die Schlacke integriert.
Nach Angaben von Umicore können diese Seltenerdmetalle durch Behandlung der Schlacke zurückgewonnen werden.
Hagelüken, C.: Recycling of Li-Ion batteries – imperative for sustainable e-mobility, aabc Europe, 29 January 2018.

9

Die gewonnene Legierung wird in einem anderen Umicore-Werk in Belgien hydrometallurgisch in
Kupfer, Kobaltsulfat und Nickelsulfat aufgetrennt und gereinigt. Das Kobalt- und Nickelsulfat wird fürdie Herstellung von Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien wiederverwendet.
In der Route mit einer im ersten Schritt mechanischen Behandlung (b) werden die LiB-Module beispielsweise in einer Schutzgasatmosphäre geschreddert und ein Teil des Elektrolyten (Leichtsieder)
wird nach der Vakuumverdampfung zurückgewonnen. Es gibt F&E-Aktivitäten zur Trennung dieser
Lösungsmittelgemische und zur Rückführung der Lösungsmittel in den Wirtschaftskreislauf.
In der Route mit einer im ersten Schritt pyrolytischen Behandlung (c) werden die Lithium-IonenBatterien zunächst thermisch behandelt und anschließend geschreddert. 11 Bei diesen Verfahren
werden die Elektrolyte (organische Verbindungen) pyrolysiert (Abgasreinigung erforderlich) und derfluorhaltige Binder für das Kathoden- und Anodenmaterial zerstört. Letzteres verbindet die Vorteile
einer besseren Trennwirkung in der nachfolgenden mechanischen Stufe mit frühzeitiger Abtrennung
von Fluorverbindungen bereits im Pyrolyseschritt. Der Energieinhalt der LiB-Module und deren organischen Elektrolyte tragen zu einer günstigen Energiebilanz dieses Schrittes bei.
Anschließend werden sowohl nach Route b) als auch Route c) Stahl-, Aluminium- und Kupferkomponenten auf mechanischem Weg abgetrennt und über konventionelle Recyclingwege der Verwertung zugeführt. Allerdings haben rein mechanische Routen nach b) den Nachteil, dass der Binder
der Zellen die Trennung der Aktivmassen von Kupfer- bzw. Aluminiumfolien deutlich erschwert.
Das Hauptprodukt ist das sogenannte aktive Material ("Schwarzmasse"), das hauptsächlich aus
Elektrodenmaterial (Graphit, Lithium-, Kobalt-, Nickel- und Manganoxid) besteht. Dieses kann entweder in pyro-metallurgischen (mit anschließenden hydro-metallurgischen Reinigungs- und Trennschritten) oder hydro-metallurgischen Anlagen weiterverarbeitet werden. Die Zielmaterialien sind
Kupfer-, Nickel- und Kobaltverbindungen. 12 Die Rückgewinnung von Lithium ist bislang noch in den
wenigsten Verfahren realisiert bzw. befindet sich im F&E-Stadium. Darüber hinaus gibt es im Falle
der Routen b) und c) auch F&E-Aktivitäten zur Rückgewinnung des Graphits aus den Lithium-IonenBatterien (vgl. Abschnitt 3).
Zu den größten Herausforderungen in den verschiedenen Recyclingprozessen gehört die Beherrschung des Thermische Runaways (TR) sowie die hohe Brandlast einer LiB.
Zur Verdeutlichung eine kurze Beschreibung des TR-Phänomens (Weyhe/Buchert 2019): Im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien wird immer wieder über Brandzwischenfälle berichtet.
Diese entstehen durch Erwärmung oder mechanische Beschädigung einer Zelle, innerem Druckaufbau, einem Bersten der Zelle, ihrer anschließenden Selbstentzündung und der Verbrennung vonZellelektrolyten (organische Lösungsmittel) und Kunststoffen. Eine Erwärmung der LiB Zelle kanndurch einen externen Kurzschluss, durch einen internen Kurzschluss, durch starke Erwärmung vonaußen oder aufgrund einer externen Beschädigung erfolgen. Der TR einer Lithium-Ionen-Zelle kannzu besonders schnellen und großen Brandereignissen führen, wenn sich viele Lithium-Ionen-Zellenin einem dichten Raum befinden. Die Ursache liegt darin, dass die Energie einer geladenen Zelle
ausreicht, um sechs weitere Zellen auf TR-Temperatur (150 – 250 °C) zu erhitzen. Dies führt zu
einem fatalen Dominoeffekt. Neben der Verbrennungswärme besteht auch ein hohes Gefährdungspotenzial durch erhebliche Emission von Ruß, Fluorwasserstoff (HF) und anderen krebserregenden
Kohlenwasserstoffen.

11
12

10

Dies ist kennzeichnend für den Accurec-Prozess: https://accurec.de/lithium
Die Rückgewinnung von Manganverbindungen ist aufgrund der niedrigen Manganpreise für viele Recycler mittelfristig
wirtschaftlich nicht attraktiv. Trotzdem streben einige Unternehmen auch die Rückgewinnung von Manganverbindungen an.

Deshalb müssen alle Bereiche der Recyclingwirtschaft, in denen Lithium-Ionen-Batterien gesammelt, transportiert, gelagert und behandelt werden, so organisiert und technisch ausgerüstet sein,
dass der TR einer Zelle möglichst schnell erkannt und Gegenmaßnahmen eingeleitet bzw. das Schadensausmaß so gering wie möglich gehalten werden kann.
Sowohl die pyro-/hydrometallurgischen, die mechanisch/hydrometallurgischen (pyrometallurgischen) als auch die pyrolytisch/mechanisch/hydrometallurgischen (pyrometallurgischen) Routen
sind in Europa in (semi)-industriellen Anlagen in unterschiedlichem Reifegrad realisiert. Bislang betragen die Anlagenkapazitäten einige Tausend Tonnen pro Jahr (Buchert 2018). Die Accurec Recycling GmbH gibt für 2019 die Recyclingmenge von 2.500 Tonnen Lithium-Ionen-Batterien in ihrer
Anlage in Krefeld an (Sojka 2020).
Fazit zum Stand des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien
Unterschiedliche Prozessrouten für das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien werden von den Recyclingunternehmen in Europa und weltweit verfolgt. Für das Recycling von nickel- und kobalthaltigen Lithium-Ionen-Batterien standen diese beiden Wertmetalle neben der Rückgewinnung von Kupfer bislang im Hauptfokus der Recyclingaktivitäten. Aufgrund des bislang überschaubaren Rücklaufs
von Lithium-Ionen-Batterien in die Kreislaufwirtschaft bewegen sich die Anlagengrößen für das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien in Europa bislang im maximal vierstelligen Tonnenbereich. In
den nächsten zehn bis 15 Jahren wird der Rücklauf an Lithium-Ionen-Batterien aus der Elektromobilität in die Kreislaufwirtschaft in Europa sehr stark zunehmen (siehe auch Abschnitt 4). Damit einhergehend wird der Bedarf sowohl an größeren Recyclinganlagen als auch an optimierten Verfahren
wachsen. Die Rückgewinnung von Lithium und auch von Graphit aus End-of-Life Lithium-IonenBatterien wird daher in den nächsten Jahren deutlich an Bedeutung gewinnen.

3.

Mittelfristige Perspektiven der verbesserten Rohstoffeffizienz

Wie bereits im vorherigen Abschnitt beschrieben, arbeiten in Europa bis zu 10 Recyclingunternehmen, z. T. im Verbund mit privatwirtschaftlichen oder universitären Partnern an der Verbesserung
ihrer Recyclingprozesse vor dem Hintergrund des erwarteten Marktwachstums auch an dem Ausbau
ihrer zukünftigen Verarbeitungskapazitäten. Beispielsweise verkündete im Herbst 2019 ein Konsortium bestehend aus den Unternehmen BASF, Eramet und Suez im Rahmen des von der EU geförderten Vorhabens „ReLieVe“ das Ziel der Rückgewinnung von Nickel, Kobalt, Mangan und Lithium
zu batteriegeeigneten Produkten aus dem Recycling von Lithium-Ionen-Batterien von Elektrofahrzeugen (E-Auto News 2019).
Einige, der im industriellen Maßstab umgesetzten Recyclingrouten sind bereits heute in der Lage,aus LiB-Modulen Stahl, Kupfer sowie Nickel- und Kobaltverbindungen mit mind. 90 % Ausbeute zurückzugewinnen. Aktuell zielen die verschiedenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zum Recycling von Lithium-Ionen-Batterien auf eine Optimierung der Rückgewinnung der Ausbeuten, zurgezielteren Rückgewinnung von Lithiumverbindungen und ggfs. der Abtrennung und Nutzung vonGraphit.
Das vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit geförderte Verbundprojekt MERCATOR 13 der Partner Accurec Recycling GmbH (Verbundkoordination), IME Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling, RWTH Aachen, CTG GmbH, UVR-FIA GmbH und
Öko-Institut e.V. geht in einem umfassenden Forschungsansatz diese Zielsetzungen an. In der13

Projektwebseite: https://accurec.de/mercator?lang=de11

folgenden Abbildung ist die Prozessroute des MERCATOR-Vorhabens, die im Mittelpunkt der F+EAktivitäten steht als Fließbild dargestellt (MERCATOR 2022).
Abbildung 3

Prozessschema des MERCATOR-Projektes für LiB-Recycling

Im Rahmen der Untersuchungen des MERCATOR-Vorhabens zur dargestellten Prozesskette sindfolgende wesentliche Arbeitsschwerpunkte hervorzuheben: Optimierung des Prozessmoduls „Thermische Deaktivierung und Li-Transformation“, Konzipierung und Realisierung der „Hydro-mechanischen Separation“, Untersuchung und Konzipierung der nachfolgenden Weiterverarbeitung bzw. Aufreinigungsschritte, mit den Detailschritten:

12CO2-Behandlung zur Gewinnung von Lithiumcarbonat,Reinigung von Rohgraphit und Weiterverarbeitung zu z. B. Graphitbauteilen,

Laugungs- und Fällungsschritte zur Gewinnung von Ni-, Co-, Mn- und Li-Salzen

Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten innerhalb von MERCATOR werden von 2019 bis 2022
stattfinden und sollen maßgebliche Innovationen bzgl. des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien
aus der Elektromobilität liefern. Das Öko-Institut wird zu den neuen Prozessrouten Ökobilanzen erstellen und den Partnern bereits während des Vorhabens wichtige Detailinformationen zur ökologischen Bewertung der Prozessmodulen liefern.

4.

AusblickDer globale Vormarsch der Elektromobilität wird nicht zuletzt auch für Europa erhebliche Konsequenzen auf Wertschöpfungsketten und Rohstoffbedarfe haben. Innerhalb des BMBF-Verbundvorhabens Fab4LiB wurden Szenarien für die globale Entwicklung der Mobilität – mit besonderem
Schwerpunkt auf Elektromobilität – erstellt (Fab4Lib 2019). In der nachfolgenden Graphik ist für zwei
Szenarien (2DS folgt einem 2-Grad-Ziel bis 2100 bzgl. der Erderwärmung durch die Emission vonTreibhausgasen; B2DS ist das ambitionierte Szenario hinsichtlich der Reduktion von Treibhausgasen). Im B2DS erreicht der Energiesektor Klimaneutralität im Jahr 2060, um den künftigen Temperaturanstieg bis 2100 auf 1,75 °C zu begrenzen. In der nachfolgenden Abbildung ist der wachsende
jährliche Bedarf an Produktionskapazitäten von Lithium-Ionen-Zellen zur Befriedigung der Nachfrage der Elektromobilität aufgeführt.
Abbildung 4: Projizierter jährlicher GWh-Bedarf der globalen Elektromobilität

Aus diesen Szenariodaten für die globale Produktion der Lithium-Ionen-Zellen wurden schließlich
die globalen Rohstoffbedarfe für Schlüsselmaterialien errechnet (Fab4LiB 2019). In den drei nachfolgenden Abbildungen sind die Ergebnisse für Lithium, Kobalt und Nickel für das B2DS-Szenario
aufgeführt.

13

Abbildung 5: Rohstoffbedarf in Tonnen Lithium im B2DS Szenario

Abbildung 6: Rohstoffbedarf in Tonnen Kobalt im B2DS Szenario
1.000.000
800.000
600.000
400.000
200.000
0

Primärproduktion 20162016 Co-Bedarf für LiIonen-Batterien für EMobilität

2030 Co-Bedarf für LiIonen-Batterien für EMobilität

2050 Co-Bedarf für LiIonen-Batterien für EMobilität

Globaler Bedarf Kobalt Sekundärmaterial in Li-Ionen-Batterien für E-Mobilität
Globaler Bedarf Kobalt Primärmaterial in Li-Ionen-Batterien für E-Mobilität
Globale Kobalt-Primärproduktion

Abbildung 7: Rohstoffbedarf in Tonnen Nickel im B2DS Szenario

14

Aus den Graphiken gehen einerseits die erheblich wachsenden Rohstoffbedarfe bis 2030 und noch
stärker bis 2050 hervor. Auf der anderen Seite zeigen die schraffierten Teilsäulen, dass bei einem
ambitionierten Recycling von Lithium-Ionen-Batterien steigende Anteile der Rohstoffbedarfe für Lithium-, Kobalt- und Nickelverbindungen für neue Batteriezellen aus dem Recycling gewonnen werden können.
Da ein beträchtlicher Anteil des Marktwachstums der globalen Elektromobilität in Europa erwartet
wird und in diesem Zusammenhang viele Gigafactories zur Produktion von Lithium-Ionen-Zellen in
Europa aufgebaut werden sollen, kommt der Optimierung des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien zur Stärkung einer umwelt- und sozialverträglichen Sekundärrohstoffquelle für Schlüsselmaterialien eine große strategische Bedeutung zu.

5.

Quellen

ACEA 2020

Fuel types of new cars: petrol +11.9%, diesel -3.7%, electric +80.5% in fourth
quarter of 2019, ACEA – European Automobile Manufacturers Association,
https://www.acea.be/press-releases/article/fuel-types-of-new06.02.2020,
cars-petrol-11.9-diesel-3.7-electric-81.3-in-fourth-quart

Buchert 2018

Buchert, M.: Elektromobilität – Ausgebremst durch Rohstoffmangel?, in Spektrum der Wissenschaft 7.18, Juli 2018.

Bundesreg. 2019

Klimaschutzprogramm 2030 der Bundesregierung zur Umsetzung des Klimaschutzplans 2050, Ersteller BMU, Stand 08.10.2019.

EcoBatRec 2016

Demonstrationsanlage für ein kostenneutrales, ressourceneffizientes Processing ausgedienter Li-Ion-Batterien der Elektromobilität“ (Projektwebseite:
http://www.ecobatrec.de/index.html), gefördert durch das BMU, Berlin 2016.

E-Auto News 2019

BASF, Eramet und SUEZ erarbeiten Kreislaufsystem für das Recycling vonLithium-Ionen-Batterien, Elektroauto News, 18.9.2019, https://www.elektroauto-news.net/2019/basf-eramet-suez-kreislaufsystem-recycling-lithium-ionen-batterien/

Fab4Lib 2019

Buchert, M.; Dolega, P.: Gigafactories für Lithium-Ionen-Zellen - Rohstoffbedarfe für die globale Elektromobilität bis 2050, Kurzstudie im Rahmen desBMBF-Verbundprojektes Fab4Lib - Erforschung von Maßnahmen zur Steigerung der Material- und Prozesseffizienz bei der Herstellung von Lithium-IonenBatteriezellen über die gesamte Wertschöpfungskette, Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Berlin, Januar 2019.

Handelsblatt 2019

Europa startet Aufholjagd bei E-Auto-Batterien: EU-Kommission genehmigt
Milliarden-Beihilfen, Handelsblatt online-Ausgabe vom 09.12.2019,https://www.handelsblatt.com/politik/international/freigabe-der-eu-kommission-europa-startet-aufholjagd-bei-e-auto-batterien-eu-kommission-genehmigt-milliarden-beihilfen/25314166.html

LiBRi 2011

Entwicklung eines realisierbaren Recyclingkonzeptes für die Hochleistungsbatterien zukünftiger Elektrofahrzeuge – Lithium-Ionen Batterierecycling Initiative – LiBRi“ (Abschlussbericht abrufbar unter http://erneuerbar-mobil.de/sites/default/files/publications/abschlussbericht-libri_1.pdf), gefördert durch das
BMU, Berlin 2011.

15

LithoREC I 2012

Recycling von Lithium-Ionen-Batterien _LithoRec I (Abschlussbericht abrufbar
https://www.erneuerbar-mobil.de/sites/default/files/publications/abunterschlussbericht-lithorec.pdf), gefördert durch das BMU, Berlin 2012.

LithoREC II 2016

Recycling von Lithium-Ionen-Batterien – LithoRec II (Abschlussbericht abrufhttp://www.erneuerbar-mobil.de/sites/default/files/2017-01/Abbar
unter
schlussbericht_LithoRec_II_20170116.pdf), gefördert durch das BMU, Berlin
2016.

MERCATOR 2022

Sojka, R. et al.: Material Effizientes Recycling für die Circular Economy vonAutomobilspeichern durch Technologie Ohne Reststoffe – MERCATOR, Verbundprojekt der Partner Accurec Recycling GmbH (Verbundkoordination),
IME Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling, RWTH Aachen, CTG
GmbH, UVR-FIA GmbH, Öko-Institut e.V.; gefördert mit Mitteln des BMU, Berlin 2019 – 2022.

Ramboll et al. 2020

Stahl, H.; Mehlhart, G.; Dolega P.; Buchert, M.; Sutter, J. et al.: Assessmentof options to improve particular aspects of the EU regulatory framework on
batteries, Ramboll in association with Oeko-Institut and Environment Agency
Austria, com-missioned by European Commission, DG Environment, Brussels
2020 (ongoing).

Šefčovič 2019„Šefčovič prophezeit einen ‘Airbus für Batterien, für 5G, KI und Green Tech‘“,Interview mit Maroš Šefčovič, Vizepräsident der Europäischen Kommission in
EURACTIVE am 27. Sept. 2019; https://www.euractiv.de/section/all/news/sefcovic-prophezeit-einen-airbus-fuer-batterien-fuer-5g-ki-und-green-tech/

Sojka 2020

Sojka, R., Sichere Verwertung von Li-Ion Batterien durch thermische Konditionierung, R. Sojka (Accurec Recycling GmbH), Berliner Recycling und Sekundärrohstoffkonferenz 3.3.2020.

Trinomics et al. 2020 Vermeulen, J., Buchert, M. Stahl, H., Mehlhart, G. et al.: Study to identify andassess the feasibility of measures to enhance the impact of Directive
2006/66/EC on the protection of the environment, on the promotion of circular
economy and on the smooth functioning of the internal market, Trinomics B.V.
in association with Oeko-Institut, commissioned by European Commission –DG Environment, Brussels 2020 (ongoing).
Weyhe/Buchert 2019 Weyhe, R. (Accurec Recycling); Buchert, M. (Öko-Institut e.V.): Der Weg zu
Sekundärrohstoffen: Risiken und Potenziale, Vortrag auf der LithiumbatterieKonferenz, 21. Januar 2019, Frankfurt a. Main, Deutschland.

16