Kyburz stellt neues Verfahren für das Batterie-Recycling vor

STZ, Oktober 2020 - Der Elektrofahrzeug-Hersteller Kyburz hat Anfang September am Firmenstandort Freienstein (ZH) eine innovative Anlage für das Akku-Recycling in Betrieb genommen. Mit einem neuen Verfahren, das Kyburz gemeinsam mit der Empa und der ZHAW entwickelt hat, soll es möglich werden, bis zu 91 Prozent der Metalle aus den Batterien zurückzugewinnen.

Langsam aber sicher kommt die Elektromobilität in Fahrt. Immer mehr Batteriefahrzeuge sind auf den Strassen unterwegs. Das ist zweifellos gut für das Klima, zumindest wenn der «getankte» Strom klimaneutral hergestellt wird. Doch rundum umweltfreundlich sind die Stromer bisher nicht: Insbesondere die Herstellung der Akkus ist ressourcenintensiv und das Recycling der Batterien steckt noch in den Kinderschuhen – eine offene Flanke über die Kritiker der E-Mobilität nur allzu gerne angreifen.

Bisherige Recyclingverfahren für Lithiumbatterien sind wenig nachhaltig: Die Batterien werden geschreddert und danach entweder eingeschmolzen oder mit Chemikalien behandelt. Beides verbraucht viel Energie – und während beim heissen Verfahren, der Pyrometallurgie, wertvolle Rohstoffe verloren gehen, belastet das kalte Verfahren, die Hydrometallurgie, die Umwelt.

Der Elektrofahrzeughersteller Kyburz, mit dessen Dreirädern die Zusteller der Schweizer Post unterwegs sind, hat deshalb gemeinsam mit der Empa und der ZHAW ein besseres Verfahren für die Rückgewinnung der Rohstoffe aus ausgedienten Akkus gesucht – und gefunden. Am 4. September nahm das Unternehmen in Freienstein eine hauseigene Lithiumionenbatterie-Recycling-Anlage in Betrieb – die erste ihrer Art in der Schweiz.

 

Von der Bachelorarbeit zum Pionierprojekt

«Unser Ziel war es, einen Recycling-Prozess zu entwickeln, der effizient, umweltschonend und sicher ist», sagt der Projektverantwortliche Olivier Groux. Der gelernte Chemielaborant hat im Rahmen seines Bachelor-Studiums Umweltingenieurwesen an der ZHAW einen Weg gesucht, wie sich Lithiumionenbatterien nachhaltig recyceln lassen. «Ich dachte mir: Wenn Batterien aus verschiedenen Materialien zusammengebaut werden, so muss es doch möglich sein, diese auch wieder zu trennen», erklärt Groux.

«Unser Ziel war es, einen Recycling-Prozess zu entwickeln, der effizient, umweltschonend und sicher ist.»

Olivier Groux

Olivier Groux leistete mit seiner Bachelorarbeit Pionierarbeit und entwickelte ein völlig neues Verfahren: Durch optimales Entladen, eine sorgfältige Zellenzerlegung und eine Aufreinigung mittels Wasser lassen sich Lithiumeisenphosphat-Batterien (LFP) nachhaltig recyceln – ohne jeglichen Einsatz von Chemikalien.

 

Ein Schritt in Richtung Kreislaufwirtschaft

Geschäftsführer Martin Kyburz überzeugte die Idee und so stellte er Olivier Groux ein. «Wir legen grossen Wert auf Nachhaltigkeit und suchen nach Wegen, wie wir die Ideen der Circular Economy in unserem Betrieb umsetzen können. Eine Inhouse-Anlage für das Recycling unserer Akkus ist ein grosser Schritt in diese Richtung», sagt Martin Kyburz.

Die Grundlagen für den Aufbau der Recycling-Anlage entwickelte Olivier Groux in Zusammenarbeit mit Forschern von der Empa St. Gallen. Die Erkenntnisse aus dem Projekt fasste das Projektteam in einem Forschungspapier zusammen, das anlässlich des World Resources Forum mit dem ersten Preis prämiert wurde.

So funktioniert die Recycling-Anlage
Die Batterien des Typs LiFePO4 werden auf 2,5 Volt entladen und in die einzelnen Komponenten zerlegt. Anschliessend werden die Kathoden und Anoden mit Wasser behandelt, um die Aluminium- und Kupferfolien zu trennen. Aus den Elektrolyten wird durch einen Destillationsprozess Lithiumsalz gewonnen, und die herausdestillierten Karbonate werden im Recycling-Prozess wiedereingesetzt. Die Anoden werden zusätzlich mit Hitze behandelt, um die Bindematerialen zu zersetzen.

 

Potenzial für verschiedene  Batterietypen

Zunächst soll die Anlage dazu dienen, die ausgedienten Akkus der Kyburz-Fahrzeuge zu recyceln. Der Bedarf ist bisher allerdings noch nicht besonders gross: Zwar sind weltweit rund 22'000 E-Fahrzeuge von Kyburz auf den Strassen unterwegs, und pro Jahr kommen etwa 3000 hinzu, die meisten dieser Fahrzeuge haben jedoch das Ende ihrer Lebensdauer bisher nicht erreicht. Und selbst wenn die Fahrzeuge ausgedient haben, haben die Akkus häufig noch so viel Kapazität, dass sie weiterhin für die Elektromobilität verwendet werden können. Erst wenn die Batteriekapazität unter 80 Prozent des Ausgangswerts sinkt, ist der Akku dafür nicht mehr geeignet.Ausgedient hat er aber auch dann noch nicht, er wird in Hausspeichern eingesetzt, bis die Kapazität auf rund 50 Prozent gefallen ist. Erst dann wird die Batterie recycelt.

Entsprechend sollen in der ersten Ausbaustufe der neuen Anlage bei Kyburz erst einmal rund 4000 Zellen pro Jahr verarbeitet werden. Im Endausbau wird die Anlage dann später eine Kapazität von bis zu 24'000 Zellen pro Jahr erreichen, was der Jahresproduktion von 3000 Fahrzeugen entspricht.

Kyburz sieht in der Recycling-Anlage grosses Potenzial, auch weil ihr Anwendungsgebiet über die eigene Produktion hinausreicht. Das Verfahren lässt sich auf einen Grossteil der Akkus übertragen, die bei Hausspeichern zum Einsatz kommen. Unter Verwendung von bestimmten Chemikalien eignet sich der Verarbeitungsprozess auch für das Recycling anderer Lithiumbatterietypen. In den meisten E-Fahrzeugen werden Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Batterien (NMC) oder Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Batterien (NCA) verwendet.

Kyburz setzt dagegen in seinen Fahrzeugen Lithiumeisenphosphat-Batterien (LFP) ein. Batterien dieses Typs sind preiswert, robust, relativ brandsicher und enthalten kein Kobalt. Auch das ist unter Nachhaltigkeitsaspekten wichtig, denn rund 60 Prozent des weltweit geförderten Kobalts stammen aus dem Kongo und werden dort unter schwierigen, teilweise menschenunwürdigen Arbeitsbedingungen abgebaut. Nicht nur deshalb könnten LFP-Akkus auch eine Alternative für die grossen Autohersteller sein. So hat Tesla beispielsweise in China die Zulassung für die Produktion seines Model 3 mit einem neuen und billigeren Akku auf Lithium-Eisenphosphat-Basis bekommen.

Autor: Hendrik Thielemann
Bildquelle: Kyburz, H. Thielemann
Artikel aus der STZ: Ausgabe Oktober 2020

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