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Stiftung Auto Recycling Schweiz
Kernkomponente für eine neue Ära – das Batteriesystem
Die Bestandteile des MEB-Batteriesystems des VW ID3
Recycling von ElektroautoBatterien
Um die strengen CO2-Grenzwerte zu erfüllen, müssen die Automobilhersteller neue Wege gehen. Elektromobilität ist das Zauberwort. Damit verbunden ist die LithiumIonen-Batterie, welche die Energie im Fahrzeug zur Verfügung stellt. In naher Zukunft wird es praktisch kein Auto ohne Li-ion-Batterie geben: Mild-Hybrid-Fahrzeuge mit 48-Volt-Batterie, Hybrid und Plug-in-Hybrid mit 400 Volt, Elektrofahrzeuge mit bis zu 800 Volt und einem Gewicht von 400 bis 600 kg.
Weshalb eigentlich Li-ion-Batterien? Diese Batterien haben eine relativ hohe Energiedichte und eine Zellspannung von 3,7 Volt. Sie bestehen bei Weitem nicht nur aus Lithium, sondern beinhalten weitere wertvolle Rohstoffe, deren Rückgewinnung sich lohnt. Eine 400-kg-Batterie mit NMC-622-Zellen enthält nebst beträchtlichen Mengen Stahl und Aluminium 50 kg Graphit (Kohlenstoff), 33 kg Elektrolyt, 30 kg Kupfer, 30 kg Nickel, 10 kg Mangan, 10 kg Kobalt und 7 kg Lithium.
Aufbau einer Li-ion-Batterie:
Heute verwenden die meisten Autohersteller Pouchzellen. Darin sind die Elektroden zu Paketen aufeinandergeschichtet. Zellen werden zu Modulen zusammengebaut,
Copyright: Volkswagen AG
positiver Stromableiter Aluminium positiver Stromableiter Aluminium Li 1-x MO 2 Li 1-x MO 2 Separator Li + leitender Elektrolyt Separator Li + leitender Elektrolyt
Li x C n Li x C n negativer Stromableiter Kupfer negativer Stromableiter Kupfer
Lithium-Ion Lithium-Ion Metall-Ion Metall-Ion Sauerstoff-Ion Sauerstoff-Ion Elektron Elektron Graphit Graphit
Wie funktioniert eine Lithium-Batterie?
Module zu Batteriepacks. Dazu kommen die Elektronik für die Überwachung der Zellen und Module, der Hochvolt-Anschluss mit der Absicherung sowie Heiz- und Kühlsysteme. Die positiven Lithium-Ionen fliessen beim Laden von der Metallstruktur in den Graphit und beim Entladen wieder zurück. Die Spannung einer Zelle beträgt bis 3.7 Volt. Zellen werden zu Modulen zusammengeschaltet, ein paar Module ergeben das Die positiven Lithium-Ionen fliessen beim Laden von der Metallstruktur in den Graphit und beim Entladen wieder zurück. Die Spannung einer Zelle beträgt bis 3.7 Volt. Zellen werden zu Modulen zusammengeschaltet, ein paar Module ergeben das Zweitnutzung Batteriepack. Ein Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht, Batteriepack. Ein Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht, Im Durchschnitt geben die Autohersteller 8 Jahre oder 160000 km Garantie auf eine regelt und schützt die Batterie. Wichtige Grössen sind Temperaregelt und schützt die Batterie. Wichtige Grössen sind TemperaRestkapazität von 70 bis 80 % der ursprünglichen Batteriekapazität. Die Kapazität tur, Zellspannung und Lade- und Entladesteuerung. tur, Zellspannung und Lade- und Entladesteuerung. wird beeinflusst von der Anzahl Ladezyklen und dem Alter. Erfahrungen zeigen, dass unter normalen Umständen eine Batterie so lange hält wie das Auto selber. Mit einer Restkapazität von 70 % hat die Batterie noch nicht ausgedient. Es gibt weltweit zahlreiche Projekte und Anlagen für eine Zweitnutzung – das sogenannte Second-life – im Bereich der stationären Energiespeicherung. Zum Beispiel für die Speicherung von überschüssigem Strom aus Photovoltaikanlagen und Windturbinen oder zur Stabilisierung des Stromnetzes.
Recycling
Ist die Batterie definitiv an ihrem Lebensende angekommen, erfolgen Ausbau, Entladung und Zerlegung. Die Automobilimporteure sind zusammen mit der Stiftung Auto Recycling Schweiz und der EMPA daran, die Grundlagen für die künftige kostenlose Rücknahme und Verwertung zu erarbeiten. Hohe Kosten verursachen Ausbau und Transport. Für die Verwertung der Batteriezellen mit den wertvollen Rohstoffen stehen im Ausland bereits einige Firmen mit pyro- und hydrometallurgischen Prozessen bereit. Nur fehlt gegenwärtig noch der Input, denn die Batterien halten länger als anfänglich gedacht. In ein paar Jahrzehnten werden die zurückgewonnenen Sekundärrohstoffe die Primärrohstoffe ersetzen. So schliesst sich der Stoffkreislauf.
Die einzige Batterierecyclingfirma in der Schweiz, Batrec Industries AG, Wimmis, verwertet bereits heute defekte und kritische Batterien und Module.
Stiftung Auto Recycling Schweiz Die Vereinigung Schweizer AutomobilImporteure auto-schweiz leistet freiwillige Beiträge an die 1992 gegrün+ − − + − − dete Stiftung Auto Recycling Schweiz. Ziel und Zweck ist die Förderung der umweltgerechten Entsorgung von Motorfahrzeugen. Die Stiftung unterstützt in diesem Sinne die Autoverwertung Prismatische Zelle Prismatische Zelle mit Entsorgungsbeiträgen für die Verwertung der Shredderleichtfraktion und fördert das Schliessen von Stoffkreisläufen. Wie funktioniert das Recycling von Lithium-Batterien ? Wie funktioniert das Recycling von Lithium-Batterien ? Im Stiftungsrat sind vertreten: • auto-schweiz, Vereinigung Schweizer Automobil-Importeure Die meisten Lithium-Ionen-Batterien werden bislang in einem Die meisten Lithium-Ionen-Batterien werden bislang in einem • ACS, Automobil Club Schweiz Ofen verbrannt und anschliessend vermahlen. Marktführer daOfen verbrannt und anschliessend vermahlen. Marktführer da• • AGVS, Auto Gewerbe Verband Schweiz Amt für Umwelt, Kanton Aargau bei ist die belgische Firma Umicore. Bei der heissen Verwertung schmelzen die dünnen Kupferfolien der Batterie und bilden bei ist die belgische Firma Umicore. Bei der heissen Verwertung schmelzen die dünnen Kupferfolien der Batterie und bilden • ASTAG, Schweizerischer gemeinsam mit Kobalt und Nickel eine Legierung, die wiedergemeinsam mit Kobalt und Nickel eine Legierung, die wieder• Nutzfahrzeugverband SSV, Schweizerischer Shredder Verband verwertet werden kann. Das Lithium, das Graphit, der flüssige Elektrolyt und das Aluminium in der Batterie verbrennen jedoch verwertet werden kann. Das Lithium, das Graphit, der flüssige Elektrolyt und das Aluminium in der Batterie verbrennen jedoch • TCS, Touring Club Schweiz und landen in der Schlacke und sind für eine wirtschaftliche und landen in der Schlacke und sind für eine wirtschaftliche Weiterverwendung verloren. Neben der heissen Verwertung, Weiterverwendung verloren. Neben der heissen Verwertung, also der Pyrometallurgie, und dem kalten Shreddern unter also der Pyrometallurgie, und dem kalten Shreddern unter Schutzgas gibt es indes noch andere Verwertungsmethoden. Schutzgas gibt es indes noch andere Verwertungsmethoden. Die Batrec Industrie AG, ein Schweizer BatterieverwertungsDie Batrec Industrie AG, ein Schweizer Batterieverwertungsspezialist, shreddert die Akkus unter nassen Bedingungen, spezialist, shreddert die Akkus unter nassen Bedingungen, um Brände zu vermeiden. Die sogenannte Schwarzmasse mit um Brände zu vermeiden. Die sogenannte Schwarzmasse mit Graphit, Kobalt, Nickel, Mangan und Lithium wird hydrometallGraphit, Kobalt, Nickel, Mangan und Lithium wird hydrometallurgisch bei Veolia weiter aufbereitet. urgisch bei Veolia weiter aufbereitet.
Daniel Christen Geschäftsführer
