Institut für Partikeltechnik der TU Braunschweig. Der Weg ins Versuchslabor führt durch dicke Türen, dann eine schmale Eisentreppe hinauf. Dort stehen handliche Zerkleinerungsmaschinen, die das Elektrodenmaterial der Lithium-Ionen-Akkus auf Korngröße zerschmettern. Eine andere Maschine – ebenfalls im Rahmen des Forschungsprojektes "LithoRec" entwickelt - ähnelt eher einem Kochtopf. Hier – so Institutsleiter Prof. Arno Kwade – wird das Lithium abgetrennt. Spricht’s und öffnet einen Hahn für Druckluft.
"... jetzt hören Sie, wie die Luft in das Gerät hinein zischt und wie dadurch die Partikel in diesem Gerät entsprechend intensiv bewegt werden. Und dabei werden jetzt die Aktivmaterialien von diesen Folien abgetrennt und gleichzeitig gesichtet. Sodass wir hinterher die schwarzen Partikel – unseren Wertstoff – eben einzeln vorliegen haben. Und das Aluminium auch, was wir dann dem Wertstoffkreislauf wieder zurückführen."
"Windsichten" heißt das Verfahren, das ähnlich wie bei der Getreideernte die Spreu vom Weizen trennt. Allerdings auf technisch höchstem Niveau und mit rasender Geschwindigkeit. Auf der einen Seite kommen die schwarzen Lithium-Partikel heraus. Auf der anderen das Aluminium, das zuvor mit dem Lithium hauchdünn beschichtet war. Anders als beim Bleiakku mit seinen dicken Platten sind die Elektroden der Lithium-Ionen-Akkus hauchdünne Folien:
"Das sind in der Regel etwa 100 Mikrometer, was wir hier sehen, also etwa ein zehntel Millimeter für die gesamte Folie. Und davon sind dann in einer Zelle mehrere hundert aufeinander gelegt, um dann die entsprechenden Mengen an Energie dort auch speichern zu können."
Das so gewonnene schwarz gefärbte Pulver ist allerdings noch lange nicht rein. Es enthält - je nach Akku - Kobaltoxidverbindungen. Manchmal auch Nickel, Mangan oder Eisenphosphat. Um reines Lithiumsalz zu gewinnen, ist noch ein weiterer chemischer Prozess erforderlich. Auch diese Anlage wurde im Rahmen von "LithoRec" entwickelt. Sie ist zwölf Meter hoch, steht bei "Chemetall" in Langelsheim, und dort verantwortet Ralf Phiesel die Technik:
"In einer chemischen Anlage ist es so, dass – wie Sie es auch hier erkennen können – dass wir die Prozesse geschlossen handhaben. Das heißt, man sieht eigentlich nichts außer Stahloberflächen. Im Inneren dieses Apparates findet der Hauptprozess-Schritt statt: Die Extraktion. Das bedeutet, das Kathodenmaterial, welches das Lithium beinhaltet, wird hier in diesen Reaktor eingebracht und dann werden verschiedene Chemikalien dazu gegeben. In erster Linie ist das ein Säure-Base-basierter Aufschluss."
200 Kilogramm Elektrodenmaterial passen in den Reaktor hinein. Nach drei Stunden ist die chemische Prozedur beendet. Aus dem schwarzen Pulver sind nun weiße Kristalle geworden, reinstes Lithiumhydroxid, das zu metallischem Lithium verarbeitet werden kann. Die Pilotanlage soll in den nächsten Jahren auch für Nickel, Kobalt und Mangan optimiert werden, die ebenfalls in der Lösung enthalten sind. 80 Prozent des Lithiums – so das Ziel - sollen in den Kreislauf zurück gelangen. Werksleiter Christian Brieke.
"Zum einen wird der Lithium-Bedarf durch die Elektromobilität in den nächsten Jahren drastisch ansteigen. Zum anderen werden aber in Zukunft sehr viele Autobatterien wieder zur Verfügung stehen, die Lithium in vergleichsweise großen Mengen enthalten. Pro Fahrzeug etwa 15 bis 22 Kilo. Und die wollen wir hier dem Prozess wieder zur Verfügung stellen."
Noch aber ist die Gewinnung von Lithium aus natürlichen Ressourcen billiger. Erst in 20 Jahren, so die Prognose, könnte sich das Recycling rentieren. Bis dahin ist noch viel zu tun: Ein mittelständisches Unternehmen wird aus dem patentierten Verfahren der TU Braunschweig erst einmal eine Anlage im Industrieformat entwickeln, damit das Lithium ganz groß rauskommt.
"... jetzt hören Sie, wie die Luft in das Gerät hinein zischt und wie dadurch die Partikel in diesem Gerät entsprechend intensiv bewegt werden. Und dabei werden jetzt die Aktivmaterialien von diesen Folien abgetrennt und gleichzeitig gesichtet. Sodass wir hinterher die schwarzen Partikel – unseren Wertstoff – eben einzeln vorliegen haben. Und das Aluminium auch, was wir dann dem Wertstoffkreislauf wieder zurückführen."
"Windsichten" heißt das Verfahren, das ähnlich wie bei der Getreideernte die Spreu vom Weizen trennt. Allerdings auf technisch höchstem Niveau und mit rasender Geschwindigkeit. Auf der einen Seite kommen die schwarzen Lithium-Partikel heraus. Auf der anderen das Aluminium, das zuvor mit dem Lithium hauchdünn beschichtet war. Anders als beim Bleiakku mit seinen dicken Platten sind die Elektroden der Lithium-Ionen-Akkus hauchdünne Folien:
"Das sind in der Regel etwa 100 Mikrometer, was wir hier sehen, also etwa ein zehntel Millimeter für die gesamte Folie. Und davon sind dann in einer Zelle mehrere hundert aufeinander gelegt, um dann die entsprechenden Mengen an Energie dort auch speichern zu können."
Das so gewonnene schwarz gefärbte Pulver ist allerdings noch lange nicht rein. Es enthält - je nach Akku - Kobaltoxidverbindungen. Manchmal auch Nickel, Mangan oder Eisenphosphat. Um reines Lithiumsalz zu gewinnen, ist noch ein weiterer chemischer Prozess erforderlich. Auch diese Anlage wurde im Rahmen von "LithoRec" entwickelt. Sie ist zwölf Meter hoch, steht bei "Chemetall" in Langelsheim, und dort verantwortet Ralf Phiesel die Technik:
"In einer chemischen Anlage ist es so, dass – wie Sie es auch hier erkennen können – dass wir die Prozesse geschlossen handhaben. Das heißt, man sieht eigentlich nichts außer Stahloberflächen. Im Inneren dieses Apparates findet der Hauptprozess-Schritt statt: Die Extraktion. Das bedeutet, das Kathodenmaterial, welches das Lithium beinhaltet, wird hier in diesen Reaktor eingebracht und dann werden verschiedene Chemikalien dazu gegeben. In erster Linie ist das ein Säure-Base-basierter Aufschluss."
200 Kilogramm Elektrodenmaterial passen in den Reaktor hinein. Nach drei Stunden ist die chemische Prozedur beendet. Aus dem schwarzen Pulver sind nun weiße Kristalle geworden, reinstes Lithiumhydroxid, das zu metallischem Lithium verarbeitet werden kann. Die Pilotanlage soll in den nächsten Jahren auch für Nickel, Kobalt und Mangan optimiert werden, die ebenfalls in der Lösung enthalten sind. 80 Prozent des Lithiums – so das Ziel - sollen in den Kreislauf zurück gelangen. Werksleiter Christian Brieke.
"Zum einen wird der Lithium-Bedarf durch die Elektromobilität in den nächsten Jahren drastisch ansteigen. Zum anderen werden aber in Zukunft sehr viele Autobatterien wieder zur Verfügung stehen, die Lithium in vergleichsweise großen Mengen enthalten. Pro Fahrzeug etwa 15 bis 22 Kilo. Und die wollen wir hier dem Prozess wieder zur Verfügung stellen."
Noch aber ist die Gewinnung von Lithium aus natürlichen Ressourcen billiger. Erst in 20 Jahren, so die Prognose, könnte sich das Recycling rentieren. Bis dahin ist noch viel zu tun: Ein mittelständisches Unternehmen wird aus dem patentierten Verfahren der TU Braunschweig erst einmal eine Anlage im Industrieformat entwickeln, damit das Lithium ganz groß rauskommt.