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Demontage- und Recyclingtechnologien - Lithium-Ionen Batterien am Ende ihres Lebenszyklus

Präsentation von Dr. Johannes Betz bei „acatech am Dienstag: Quo vadis Elektroantrieb? Chancen und Herausforderungen ressourcenschonender Batteriekreisläufe“, 9.11.2021

1 von 12
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www.oeko.de
Demontage- und
Recyclingtechnologien
Lithium-Ionen Batterien am Ende ihres Lebenszyklus
Dr. Johannes Betz, Öko-Institut 09.11.2021
2
www.oeko.de
Lebenszyklus von Lithium-Ionen-Batterien (LIB)
● Massives Wachstum des Batteriemarktes
führt zu einem hohen Ressourcenbedarf
● Recycling ist entscheidend für die
Rückgewinnung von Ressourcen und die
Bewältigung des Batterieabfallstroms
● LIB-Kathodenmaterialien sind sehr vielfältig
• LFP, NMC, NCA, LCO, etc.*
● Kobaltgehalt bestimmt den materiellen Wert
der Batterie
● Batterien ohne Kobalt wie LFP-basierte
Kathoden:
• der Materialwert ist nicht hoch genug, um
die Kosten für das Recycling zu decken
• Li ist nicht wertvoll genug, um den
Ausschlag zu geben, auch da die
Konzentration in der LIB gering ist
* LFP: Lithium-Eisen-Phosphat
NMC: Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid
NCA: Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid
LCO: Lithium-Kobaltoxid
3
www.oeko.de
„Ressourcenschonende Batteriekreisläufe – mit Circular Economy die
Elektromobilität antreiben“, acatech, Circular Economy Initiative
Deutschland, SYSTEMIQ (Hrsg.)
Demontage von Traktionsbatterien: Herzstück der CE
4
www.oeko.de
Bedeutung Demontageanlagen für Traktionsbatterien
➢ Ohne effiziente und ausreichend dimensionierte
Demontageanlagen fehlt ein entscheidendes Modul in
der End-of-Life-Kette für Traktionsbatterien!
➢ Europaweit ist der Aufbau eines Netzwerks an
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vom Modul Demontageanlagen!
5
www.oeko.de
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ambitionierter und einheitlicher Standards auf EU-
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6
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Roadmap Demontagenetzwerk Traktionsbatterien
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Demontage- und Recyclingtechnologien - Lithium-Ionen Batterien am Ende ihres Lebenszyklus

  • 1. www.oeko.de Demontage- und Recyclingtechnologien Lithium-Ionen Batterien am Ende ihres Lebenszyklus Dr. Johannes Betz, Öko-Institut 09.11.2021
  • 2. 2 www.oeko.de Lebenszyklus von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) ● Massives Wachstum des Batteriemarktes führt zu einem hohen Ressourcenbedarf ● Recycling ist entscheidend für die Rückgewinnung von Ressourcen und die Bewältigung des Batterieabfallstroms ● LIB-Kathodenmaterialien sind sehr vielfältig • LFP, NMC, NCA, LCO, etc.* ● Kobaltgehalt bestimmt den materiellen Wert der Batterie ● Batterien ohne Kobalt wie LFP-basierte Kathoden: • der Materialwert ist nicht hoch genug, um die Kosten für das Recycling zu decken • Li ist nicht wertvoll genug, um den Ausschlag zu geben, auch da die Konzentration in der LIB gering ist * LFP: Lithium-Eisen-Phosphat NMC: Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid NCA: Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid LCO: Lithium-Kobaltoxid
  • 3. 3 www.oeko.de „Ressourcenschonende Batteriekreisläufe – mit Circular Economy die Elektromobilität antreiben“, acatech, Circular Economy Initiative Deutschland, SYSTEMIQ (Hrsg.) Demontage von Traktionsbatterien: Herzstück der CE
  • 4. 4 www.oeko.de Bedeutung Demontageanlagen für Traktionsbatterien ➢ Ohne effiziente und ausreichend dimensionierte Demontageanlagen fehlt ein entscheidendes Modul in der End-of-Life-Kette für Traktionsbatterien! ➢ Europaweit ist der Aufbau eines Netzwerks an leistungsfähigen Anlagen mit wachsenden Kapazitäten wichtig: Reduzierung von Logistikkosten durch Reduzierung von Transportentfernungen! ➢ Auch die ggf. mögliche Zweitnutzung von Traktionsbatterien für andere Einsatzbereiche hängt ab vom Modul Demontageanlagen!
  • 5. 5 www.oeko.de Herausforderungen für Demontageanlagen ➢ Große Herausforderungen bestehen hinsichtlich ambitionierter und einheitlicher Standards auf EU- Ebene zum ➢ Brandschutz, ➢ Arbeitsschutz, ➢ Gesundheitsschutz, ➢ Qualifikation der Beschäftigten ➢ Bislang fehlender Automatisierung (Mangel an demontagefreundlichem Design, große Produktvielfalt usw.)
  • 6. 6 www.oeko.de Roadmap Demontagenetzwerk Traktionsbatterien ➢ Pilotprojekt ist notwendig bevor die großen EoL- Mengenströme kommen. Elemente der Roadmap sind: ➢ Szenariengestütztes Hochlaufmodell für Demontageanlagen in Europa, ➢ Arbeits- und Gesundheitsschutzstandards, ➢ Brandvermeidung- und Brandbekämpfungsstandards, ➢ Ausarbeitung passgenauer Zusatzqualifikationen, ➢ Design for Disassembly für eine automatisierte Zerlegung, ➢ Ausarbeitung der Roadmap für Demontageanlagen für Traktionsbatterien in Europa bis 2035.
  • 7. 7 www.oeko.de Technischer Überblick über das Recycling von LIBs Sojka et al. (2020): Sojka, R.; Pan, Q.; Billmann, L. (2020): Comparative study of Lithium-ion battery recycling processes. In Proceedings of the ICBR 2020, Salzburg, Austria, 16–18 September 2020. ACCUREC Recycling GmbH (ed.). c c c
  • 8. 8 www.oeko.de Recycler von Lithium-Ionen-Batterien Recyclinganlagen befinden sich in der Regel in der Nähe von Zellfertigungsanlagen, um die Entsorgung von Produktionsabfällen zu erleichtern. Sie befinden sich bisher hauptsächlich in China, Südkorea oder Japan Über 1000 Tonnen pro Jahr (t/a): • SungEel (Süd Korea) • Dowa (Japan) • GEM (China) • Ganzhou Highpower (China) • Kyoei Seiko (Japan) • Brunp (China) • Huayou Cobalt (China) • Li-Cycle Corp (USA) • Redwood Materials (USA) Source: https://pixabay.com/de/illustrations/recycling-pfeile-netzwerk- gr%C3%BCn-4091876/
  • 9. 9 www.oeko.de Recycler von Lithium-Ionen-Batterien in der EU Über 1000 Tonnen pro Jahr (t/a): • SungEel (Ungarn, 10 000 t/a + 25 000 t/a) • Umicore (Belgien, 7 000 t/a) • Nickelhütte Aue (Deutschland, 3 000 t/a) • Accurec (Deutschland, 3 000 t/a) • Redux (Deutschland, 2 000 t/a) • VW (Deutschland, 1 200 t/a) Unter 1000 t/a: • SNAM (Frankreich) • EDI (Frankreich) • TES-AMM (früher “Recupyl”) (Frankreich) • AkkuSer (Finnland) • Duesenfeld (Deutschland) • Promesa (Deutschland) • Ecomet (Italien) Unternehmen, die Recyclinganlagen für lithiumhaltige Batterien in Europa planen oder bauen: Primobius, BASF, Northvolt, Fortum
  • 10. 10 www.oeko.de Rolle des Recyclings 500 000 1 000 000 1 500 000 2 000 000 2 500 000 3 000 000 3 500 000 4 000 000 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 Tonnen von Traktionsbatterin Prognostizierte Traktionsbatterien PoM und EoL in der EU 27 in Tonnen Traction batteries PoM Traction batteries EoL Wachsende Märkte mit langlebigen Produkten (EVs) werden Zeit brauchen, bevor große Mengen recycelt werden und Ressourcen zurückfließen Stahl et al. (2021) Assessment of Options to Improve Particular Aspects of the EU Regulatory Framework on Batteries for the European Commission
  • 11. 11 www.oeko.de Schlussfolgerungen • Aufbau von Infrastruktur fürs Recycling von Batterien ist essentiell • Die Mengen steigen rasant an • Es gibt verschiedene Recycling-Technologien, aber es besteht noch Optimierungspotential • Der Bergbau wird auf absehbare Zeit eine Rolle spielen • Der Einfluss der Ressourcenversorgung durch Recycling wird mit der Zeit zunehmen • Vergleich des Ressourcenbedarfs von Elektrofahrzeugen und Verbrennern: • Erdöl kann nicht recycelt werden • Sobald der Anteil der Elektro-Pkw auf 100 % ansteigt, wird der Höhepunkt des Rohstoffverbrauchs in diesem Sektor erreicht sein Betz, J.; Buchert, M.; Dolega, P.; Bulach, W.; Resource consumption of the passenger vehicle sector in Germany until 2035 – the impact of different drive systems, Study on behalf of the German Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety, scientific review by Mathieu, L (T&E) and Helms, H. (ifeu institute), 2021 https://www.oeko.de/fileadmin/oekodoc/Resource-demand-drive-systems.pdf
  • 12. 12 www.oeko.de Vielen herzlichen Dank! Dr. Johannes Betz Researcher Ressourcen & Mobilität Darmstadt +49 6151 8191-174 j.betz@oeko.de