Elektromobilität Projekt Sherlock: Nachhaltige Kreislaufführung von Batterien

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Voraussetzung für ein effizientes Batterierecycling sind intelligente Recyclingprozesse, die verlässliche Bewertung und die hochwertige Aufbereitung von Recyclingmaterialien aus Lithium-Ionen-Batterien. Mit dem Projekt Sherlock startet ein Forschungsvorhaben, das diese Herausforderungen angehen und zu einer wirtschaftlichen und nachhaltigen Kreislaufführung von Batterien beitragen will.

Angesichts begrenzter Ressourcenverfügbarkeit und steigender regulatorischer Anforderungen gewinnt das Batterierecycling weiter an Bedeutung. Für deutsche und europäische Elektromobilitäts-Anbieter ist eine resiliente, nachhaltige Wertschöpfungskette entscheidend. Neben leistungsfähigen Recyclingverfahren rückt dabei insbesondere die analytisch belastbare Charakterisierung von Prozesszwischenprodukten in den Fokus.

Ein solches zentrales Zwischenprodukt ist die Schwarzmasse. Das feinkörnige Material enthält wertvolle Elemente wie Lithium, Nickel, Kobalt und Graphit, seine Zusammensetzung variiert jedoch stark in Abhängigkeit von Batterietyp, Alterungszustand, Nutzungshistorie und Recyclingprozess. Diese Variabilität sowie vorhandene Verunreinigungen erschweren bislang die Weiterverarbeitung und können zu Effizienzverlusten oder Qualitätseinbußen bei Rezyklaten führen.

Kriterienkatalog zur Bewertung von Schwarzmassen

Hier setzt Sherlock an: Das Projekt entwickelt neue Analyse- und Charakterisierungsmethoden, die eine präzise und reproduzierbare Bewertung von Schwarzmassen ermöglichen. Ziel ist es, standardisierte Güteklassen zu definieren und konkrete Empfehlungen für nachgelagerte Recyclingprozesse abzuleiten. Grundlage der Arbeiten sind reale industrielle Schwarzmassen sowie gezielt hergestellte Modellmaterialien mit definierten Eigenschaften. Sie ermöglichen es, die Auswirkungen spezifischer Verunreinigungen systematisch zu untersuchen und analytische Verfahren gezielt zu validieren. Am Projekt beteiligen sich die Universität Münster, die Physikalisch-Technische Bundesanstalt, die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung, das Öko-Institut sowie die Industriepartner Pure Devices und phase Vision. Unterstützt wird das Konsortium durch assoziierte Partner aus der Recyclingbranche, die das Projekt mit Schwarzmassen aus deren Recyclingprozessen versorgen und das Projekt thematisch beratend unterstützen.

Ein Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Einflüsse von Störstoffen auf direkte und hydrometallurgische Recyclingverfahren. Daraus entsteht ein umfassender Kriterienkatalog zur Bewertung von Schwarzmassen, der künftig eine prozessoptimierte Auswahl von Recyclingpfaden erlaubt. Parallel werden neue Verfahren zur gezielten Entfernung von Verunreinigungen entwickelt, um die Qualität der zurückgewonnenen Rohstoffe signifikant zu steigern.

Neuartige Analysemethoden spielen dabei eine zentrale Rolle. Neben etablierten Verfahren wie Synchrotron-Röntgenfluoreszenzanalyse (SR-XRF), Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse (TXRF) und Optische Emissionsspektrometrie bzw. Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES/MS) werden im Projekt unter anderem zeitbereichsbasierte Kernspinresonanz (TD-NMR), Magnetpartikelspektroskopie (MPS/COMPASS) sowie die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) eingesetzt. Diese Methoden ermöglichen eine detaillierte Charakterisierung struktureller, magnetischer und chemischer Eigenschaften von Schwarzmassen und liefern wertvolle Informationen zur Zusammensetzung, Reinheit, Heterogenität und zum Gefährdungspotenzial von Schwarzmassen. Dadurch können Materialströme gezielter klassifiziert, sicherheitstechnisch bewertet und einer hochwertigen Weiterverarbeitung zugeführt werden.

Skalierbare Analytik im Fokus

Als wesentliches Projektergebnis erarbeiten die Partner im Projekt eine technische Spezifikation, die standardisierte Richtlinien für Probenvorbereitung, Kalibrierungsstrategien und Messbedingungen definiert. Damit wird die Grundlage für eine übertragbare und industriell skalierbare Analytik geschaffen, die nicht nur in Forschungslaboren, sondern auch in der Praxis zuverlässig eingesetzt werden kann. Diese Spezifikation soll auch in DIN- und ISO-Normungsausschüsse eingebracht werden.

Darüber hinaus bewertet das Projekt das Potenzial hybrider Recyclingprozessketten, die direkte und hydrometallurgische Ansätze gezielt kombinieren. Ziel ist es, Synergien zu nutzen und die Effizienz der Materialrückgewinnung weiter zu steigern.

Mit Sherlock will man dazu beitragen, eine datengetriebene, qualitätsgesicherte Kreislaufwirtschaft im Batterierecycling ermöglichen. Und auch zur Reduktion von Treibhausgasemissionen um bis zu 25 Prozent können der optimierte Recyclingprozess und die effiziente Rückführung von Sekundärrohstoffen in den Produktionskreislauf beitragen.  (se)

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