Innovationsplattform des Fraunhofer ISC für grüne Stromspeicherung
Technologische Souveränität und Sicherung von Arbeitsplätzen in Deutschland, das nachhaltige Umdenken und Umsteuern bei der Nutzung von Rohstoffen und effizienter Einsatz sowie ressourcenschonende Nutzungskonzepte – die Industrie steht vor großen Herausforderungen. Vor allem der Wandel weg von fossil angetriebener hin zu einer zukunftsfähigen, auf regenerativen Energieträgern aufbauenden Mobilität hat die Diskussion um den Ressourcenbedarf für die notwendigen Batterien verstärkt. Das Verbundprojekt IDcycLIB des Würzburger Fraunhofer ISC und der Friedrich-Alexander-Universität Nürnberg-Erlangen setzt hier mit zukunftsweisenden Konzepten an.
„Klassische“ 12-Volt-Autobatterie – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify
Mit steigenden Zulassungszahlen von Elektrofahrzeugen gewinnen nachhaltige Herstellung und Recycling von Traktionsbatterien an Gewicht – buchstäblich. Dank koordinierter Forschung sollen Batteriezellen zukünftig auch in Deutschland produziert werden können. Vor diesem Hintergrund müssen die Prozesse für die Zellherstellung so umweltfreundlich gestaltet und Batteriematerialien so effizient wie möglich zurückgewonnen und wiederverwendet werden. Nur so kann batteriebasierte Elektromobilität wirklich zukunftsfest und nachhaltig werden. Das Know-how dafür kann auch ein entscheidender Wettbewerbsvorteil im Batteriemarkt werden, wenn – wie erwartet – die benötigten Ressourcen bei gleichzeitig steigender Nachfrage immer knapper und damit teurer werden.
Zum heutigen Stand ist jedoch relativ wenig bekannt über gebrauchte, das heißt in Fahrzeugen verbaute Traktionsbatterien, was z. B. ihre jeweiligen Bestandteile, ihre Zellchemie und ihren Zustand anbelangt – eine sprichwörtliche black box. Das macht das Recycling und die Wiederverwendung schwierig und teuer und damit wirtschaftlich unattraktiv. Entsprechend gering sind die bisher verfügbaren Recyclingkapazitäten. Außerdem sind bisher Zell- und Batteriekonzepte nicht gut für die Digitalisierung gerüstet. Das soll nun mit dem vom BMBF geförderten Verbundprojekt IDcycLIB (Innovationsplattform einer grünen, detektierbaren und direkt recycelbaren Lithium-Ionen Batterie) anders werden.
Fünf Säulen für nachhaltigen und wirtschaftlichen Batteriekreislauf
Im Projektkonsortium von IDcycLIB haben sich 12 Partner aus Industrie und Forschung zusammengeschlossen, um ein schlüssiges nachhaltiges und industrietaugliches Konzept für Batteriezellfertigung, -recycling und Aufbereitung transferfähig zu machen. Das Konzept baut auf fünf Säulen auf:
- „Grüne“ Batteriezellen – Wasserbasierte Herstellverfahren für Batterieelektroden und Funktionsmaterialien (Verzicht auf Lösemittel und bedenkliche Prozesschemikalien)
- Design for Recycling – Batteriezellen sollen sich bereits durch ihr Design und die Beschaffenheit ihrer Komponenten leicht und automatisiert zerlegen lassen, die Funktionsmaterialien können einfach und kostengünstig sortiert und für die Wiederverwendung in neuen Batterien aufbereitet werden.
- Detektierbarkeit/Batteriepass/digitaler Zwilling – Die Zellkomponenten sind mit fälschungssicheren partikulären Markern codiert, die einfach ausgelesen werden können. Damit wird eine automatisierte Vorsortierung nach Zellchemismus und Bestandteilen möglich, Trenn- und Aufbereitungsprozesse lassen sich vereinfachen, Materialströme digital erfassen.
- Effiziente Recyclingprozesse – Schonende wasserbasierte elektrohydraulische Zerlegung und materialsensitive Sortierung mit neuartiger Zentrifugentechnologie sorgen für eine hohe Reinheit der zurückgewonnenen Materialfraktionen zur anschließenden Regeneration.
- Entwicklungsbegleitende Nachhaltigkeitsbewertung – Mittels Life Cycle Assessment und Life Cycle Costing, der Ableitung parametrisierter Modelle sowie der Entwicklung geeigneter Softwaretools (LCA Calculator, Datenaustauschplattform) zur Bewertung und Steuerung digital erfasster Materialströme kann der Weg zu einer nachhaltigen Entwicklung und Kreislaufführung von Batterien geebnet werden.
Mit diesen fünf Säulen will das Verbundprojekt IDcycLIB das Instrumentarium aufbauen und erproben, das in Zukunft eine nachhaltige Fabrikation und Nutzung und ein wirtschaftliches Recycling von Batteriezellen sowie ein digitales Datenmanagement ermöglicht. Die ressourcenschonende Kreislaufwirtschaft wird damit für Lithium-Ionen-Batterien auch ökonomisch attraktiv. Darüber hinaus werden auch Schnittstellen für zukünftige Innovationen – z. B. eine digitale Erfassung des Zellzustands – geschaffen. IDcycLIB soll so zum Abbau von Versorgungsrisiken sowie zur Verbesserung des ökologischen Fußabdrucks und der Wirtschaftlichkeit von LIB beitragen.
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