Recycling und Ressourcen-Management  China, USA, EU: Wer liegt beim Akku-Recycling vorn? 

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Einer Studie mehrerer Forschenden der Uni Münster zufolge wird es der chinesischen Industrie am ehesten gelingen, den Bedarf an Lithium, Cobalt und Nickel für die Herstellung von Batterien vor Europa und den USA aus einer vollständigen Kreislaufwirtschaft zu gewinnen. Nach dem aktuellen Stand der Forschungen liegt ein solcher Kreislauf aber noch mindestens 20 Jahre in der Zukunft. 

Ressourcenmangel in der Herstellung von Batterien ist ein bedeutendes Thema, das mit dem wachsenden Bedarf an Technologien für Elektrofahrzeuge, erneuerbare Energiespeicherung und tragbare Elektronikgeräte zunehmend an Relevanz gewinnt. Einige der wichtigsten Rohstoffe, die in Batterien verwendet werden, sind Lithium, Cobalt, Nickel und andere chemische Elemente, sogenannte seltene Erden. 

Entsprechend ist es eine Herausforderung der aktuellen Zeit, einer künftig möglicherweise auftretenden Ressourcenknappheit entgegenzuwirken. Die Entwicklung von Technologien zur Rückgewinnung und Wiederverwendung von Materialien aus alten Batterien wird genauso wie die Forschung nach Alternativen, also die Suche nach neuen Materialien, bisher genutzte Ressourcen ersetzen oder ihren Bedarf reduzieren können. 

Auf der Suche nach der Kreislaufwirtschaft in der Batterieherstellung

Die Forschungen zur Rückgewinnung von Materialien sind ebenfalls wichtig, um die Herstellung von Batterien unabhängiger von geopolitischen Einflüssen zu gestalten. Die Untersuchung eines Teams der Universität Münster will zeigen, dass eine vollständige Kreislaufwirtschaft in der Batterieherstellung frühestens in 20 Jahren in greifbare Nähe gelangt, die den Rohstoffbedarf decken kann. 

Ein Forscherteam aus Wissenschaft sowie Auto- und Batterieindustrie um den Wirtschaftschemiker Prof. Dr. Stephan von Delft von der Universität Münster hat sich im Detail angeschaut, wie schnell der Bedarf der drei wichtigsten Batterierohstoffe Lithium, Cobalt und Nickel komplett durch Recycling von Altbatterien abgedeckt werden kann – und dabei spielt der eingangs erwähnte steigende Bedarf an Akkus ebenfalls eine Rolle. Das Team stellte fest, dass am ehesten der Bedarf von Cobalt und Nickel über die Wiederverwertung gedeckt werden kann, und zwar in China. 

China hat beim Batterierecycling wahrscheinlich die Nase vorn

Dass die Industrie noch einige Jahre von der Erreichung eines vollständigen Kreislaufs bei der Batterieherstellung entfernt ist, ist nicht verwunderlich. Mit Blick auf die drei wichtigsten Komponenten für Akkus stellt das Team um von Delft die These auf, dass China frühestens im Jahr 2059 den Bedarf an primärem (also durch Abbau gewonnenen) Lithium durch Recycling decken wird. In Europa und in den USA würde das sogar erst nach 2070 eintreffen.

Bei Cobalt und Nickel sieht es etwas anders aus. China sei der Untersuchung zufolge frühestens ab dem Jahr 2045 in der Lage, den Cobalt-Bedarf aus Recycling zu decken, gefolgt von Europa ab dem Jahr 2052 und den USA ab dem Jahr 2056. „Für Nickel gilt: China kann den Bedarf wohl frühestens 2046, Europa erst ab 2058 und die USA ab 2064 durch Recycling decken“, hält das Team von Prof. Dr. von Delft fest.

Die These der Forschenden: Der Unterschied zwischen China und dem Rest der Welt wird durch die rasante Elektrifizierung des chinesischen Automobilmarktes, die Konzentration auf LFP als dominierende Batterietechnologie und die erwartete frühe Industrialisierung von nicht lithiumhaltiger Chemie vorangetrieben. 

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Geht das auch schneller?

Den Forschenden zufolge haben sich in der Vergangenheit Forschungsarbeiten mit dem Angebot recycelter Batterierohstoffe und der Nachfrage beschäftigt, doch diese blieben bislang die Antwort auf die Frage schuldig, wann ein vollständiger Kreislauf erreicht werden könne, bei dem Angebot und Nachfrage gleich wären und damit den Gewichtsgleichpunkt (Break-even point) erreichen.

Entsprechend haben sich die Forschenden bei ihrer Arbeit mit der Frage beschäftigt, ob es Wege gäbe, früher an diesen Punkt zu gelangen. „Ja, die gibt es“, so Stephan von Delft. „Unsere Forschung zeigt, dass dabei vor allem eine schnellere Elektrifizierung der Automobilindustrie, wie sie in der EU momentan diskutiert wird, eine Rolle spielt. Denn je schneller der Automobilmarkt durch Elektrofahrzeuge durchdrungen wird, desto schneller stehen Batterien in ausreichender Menge zum Recycling zur Verfügung.“

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Doktorand Jannis Wesselkämper fügt an dieser Stelle hinzu, dass ebenfalls die Reduktion von Batteriegrößen und die verringerte Second-Life-Nutzung von Akkus als stationärer Stromspeicher dabei unterstützend Einfluss auf den Bedarf an Rohstoffen durch Recycling nehmen können. Welche Berechnungen und weitere Studien die Grundlage für die Ergebnisse des Teams um von Delft geboten haben, können Sie in den Untersuchungspapieren bei Science Direct einsehen (A battery value chain independent of primary raw materials: Towards circularity in China, Europe and the US).

Daraus geht hervor, dass aufgrund der angestellten Berechnungen und unter Einbeziehung des Faktors Batteriegröße vor allem der Bedarf von Cobalt durch Recycling einige Jahre früher in Europa gedeckt werden könne. In den USA würde in der Hinsicht vor allem die Durchdringung des Automobilmarktes durch E-Fahrzeuge helfen.

Second Life von Batterien ist in diesem Szenario nicht sinnvoll?

Diese Durchdringung trüge obendrein einen Teil dazu bei, den Bedarf von Nickel in Europa und in den USA durch die Wiederverwertung von Akkus zu decken. Interessant: Würde die Second-Life-Nutzung von Batterien auf 0 Prozent reduziert und würden sie stattdessen der Wiederverwertung der Ressourcen zugeführt werden, dann könnten Europa und die USA den Nickel-Bedarf spürbar früher durch Recycling decken.

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Ein weiteres Fazit der Untersuchungen: Beim Thema Lithium und der Bedarfsdeckung durch Wiederverwertung in Europa sowie in den USA tut sich trotz Maßnahmen wie etwa der breiten Elektrifizierung des Automobilmarktes oder der Reduktion der Batteriegrößen nicht wirklich viel. Bis die beiden Regionen ihren Bedarf durch recycelte Rohstoffe decken könnten, vergeht laut der Berechnungen der Forschenden wenigstens ein halbes Jahrhundert. (sb)

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