Das Projekt „ReLith“ von ESy-Labs verfolgt einen alternativen Ansatz zur Verwertung von Batterierückständen.

Mit der zunehmenden Verbreitung von Lithium-Ionen-Batterien – insbesondere im Bereich der Elektromobilität – wächst auch das Aufkommen an Altbatterien und Produktionsausschuss. Die dabei entstehende sogenannte „Black Mass“, ein feinkörniges Mischmaterial aus zerkleinerten Batterieinhalten, enthält wertvolle Metalle wie Lithium, Nickel, Mangan und Kobalt. Ihre Rückgewinnung ist für die Ressourcensicherung ebenso relevant wie für den Aufbau geschlossener Stoffkreisläufe.

Konventionelle Recyclingverfahren wie pyrometallurgische oder hydrometallurgische Prozesse basieren auf dem Einsatz externer Reagenzien und sind meist mit einem hohen Energieverbrauch sowie sekundären Stoffströmen verbunden, deren Verbleib mit hohen Kosten verbunden ist oder noch gar nicht geklärt ist.

ReLith: elektrochemiebasierter Ansatz zur Rohstoffrückgewinnung

Im Projekt ReLith arbeitet das Regensburger Unternehmen ESy-Labs an einem elektrochemischen Verfahren zur Aufbereitung von Black Mass, das auf die in-situ-Generierung der benötigten Reaktionsmittel setzt. Dabei werden die für die Zerlegung der Black Mass erforderlichen Reagenzien direkt im Prozess elektrochemisch erzeugt. Externe chemische Zusätze entfallen dadurch.

Im Fokus steht die Rückgewinnung von Lithium in Form von Lithiumcarbonat (Li₂CO₃) oder Lithiumhydroxid (LiOH) sowie von Nickel-, Mangan- und Kobalthydroxiden. Die Separation weiterer Nebenprodukte wie Graphit, Wasserstoff, Kupfer-, Eisen- oder Aluminiumverbindungen kann ebenfalls in den Prozess integriert werden.

Prozessmerkmale und Skalierbarkeit

Das Verfahren zielt auf eine geschlossene Prozessführung ohne prozessbedingte CO₂-Emissionen ab. Nach Angaben des Unternehmens werden im Prozess weder Abwasser noch zusätzliche Stoffströme erzeugt, die einer gesonderten Behandlung oder Verwertung bedürfen.

Die Entwicklung befindet sich derzeit im Pilotstadium. Versuche im Labormaßstab mit Mengen im Kilogramm-Maßstab liegen vor. Perspektivisch ist die Umsetzung in drei Anlagengrößen vorgesehen: mit Jahreskapazitäten von 80, 800 oder 8000 Tonnen Black Mass. Der Ansatz ist sowohl für Black Mass aus NMC-Zellen (Nickel-Mangan-Kobalt) als auch insbesondere für LFP-Zellen (Lithium-Eisenphosphat) und Mischungen aus verschiedenen Materialien anwendbar.

Einordnung

Das ReLith-Verfahren reiht sich in aktuelle Entwicklungen ein, die alternative, weniger aufwändige Recyclingmethoden für Lithium-Ionen-Batterien erproben. Der elektrochemische Ansatz unterscheidet sich dabei grundlegend von etablierten thermischen oder nasschemischen Verfahren und adressiert insbesondere die Herausforderungen im Bereich Energieverbrauch, CO₂-Bilanz und Prozesssicherheit.

Die weitere Validierung im Technikums- und später im Industriemaßstab wird darüber entscheiden, inwieweit das Verfahren in bestehende Recyclingstrukturen integriert werden kann. Zusätzlich legt das Verfahren die Basis für weitere Entwicklungen im Bereich der Nutzung von Elektrolyse als Synthesetechnologie.

Bild oben: Projektleiter Dr. Julian Müller (l.) und Projektleiterin Chantal Englmaier mit den Produkten, die esylabs aus Schwarzer Masse erzeugt. Foto: Circular Technology