Elektromobilität Rechenmodell zur Bewertung von Recyclingprozessen für Lithium-Ionen-Batterien

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Metrofunk Kabel-Union GmbH

Mit dem Modular Lifecycle Tool haben Fraunhofer FFB und der Lehrstuhl PEM der RWTH Aachen ein Rechenmodell zur Bewertung von Recyclingprozessen für Lithium-Ionen-Batterien entwickelt. Mit diesem lassen sich unterschiedliche Recyclingrouten unter einheitlichen Annahmen in Hinsicht auf Kosten und CO₂-Emissionen vergleichen.

Mit dem zunehmenden Hochlauf der Elektromobilität gewinnt das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien an Bedeutung. Steigende Batteriemengen, volatile Rohstoffmärkte, regulatorische Anforderungen und ambitionierte Dekarbonisierungsziele stellen Industrie und Forschung dabei vor die Herausforderung, verschiedene Recyclingverfahren unter unterschiedlichen technischen und wirtschaftlichen Bedingungen sowohl ökologisch als auch wirtschaftlich zu bewerten.

Um unterschiedliche Recyclingkonzepte systematisch miteinander vergleichen zu können, haben die Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB und der Lehrstuhl Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der RWTH Aachen mit Partnern aus der Industrie einen modularen Lebenszyklus-Ansatz zur Bewertung von Batterierecyclingprozessen entwickelt.

Tool bildet komplette Recycling-Kette modular ab

Eine besondere Herausforderung bei der Bewertung von Batterierecyclingverfahren liegt darin, dass die verschiedenen Verfahren unterschiedliche Prozessstrukturen, Energiebedarfe, Rückgewinnungsraten und Kosten aufweisen. Darüber hinaus beeinflussen Entscheidungen in frühen Prozessschritten die Materialqualität, die Rückgewinnung und den Aufwand in nachgelagerten Stufen.

Aus diesem Grund betrachtet das neu entwickelte Tool die einzelnen Technologien nicht isoliert, sondern bildet die vollständige Recyclingkette nach einem Baukastenprinzip ab. Die Prozesskette wird zunächst in die Bereiche Vorbereitung und Vorbehandlung des Recyclingmaterials sowie Rückgewinnung von Materialien gegliedert. Innerhalb dieser Bereiche werden Funktionen, Prozessschritte und konkrete Technologien unterschieden.

Dynamische Bewertungsumgebung Zwiti

Im Mittelpunkt dieses Ansatzes steht eine Datenbank einzelner Prozessschritte. Anwender können den Eingangsstrom einer Recyclingkette unter anderem in Hinsicht auf Durchsatz und Materialzusammensetzung konfigurieren und anschließend individuelle Prozessketten zusammenstellen. Das Modell verfolgt die Materialströme über die gesamte Recyclingkette und verknüpft sie mit wirtschaftlichen und ökologischen Kennzahlen. Berücksichtigt werden unter anderem Energiebedarf und damit verbundene Emissionen, Verbrauchs- und Hilfsstoffe, Betriebsausgaben, investitionsbezogene Kosten, Erlöse aus zurückgewonnenen Materialien sowie Entsorgungskosten. Auch standortspezifische Faktoren wie Strommix und Arbeitskosten sowie Auslastungs- und Skaleneffekte können in die Betrachtung einfließen.

Damit entsteht keine statische Kostentabelle, sondern eine dynamische Bewertungsumgebung für die wirtschaftliche Gesamtbilanz. Verändern sich beispielsweise die Trennleistung, der Durchsatz oder die Verwertungsintensität, werden die Auswirkungen auf nachgelagerte Materialströme, Kosten, Erlöse und Emissionen sichtbar.

Vergleich erfordert gemeinsame Grundlage

„Mit dem Tool wollen wir unterschiedliche Recyclingkonzepte auf einer gemeinsamen Grundlage vergleichbar machen und damit eine belastbare Basis für technologische und strategische Entscheidungen schaffen. So unterstützt das Tool Recyclingunternehmen bei der Optimierung bestehender Prozesse, Technologieanbieter bei der Einordnung neuer Lösungen und Batteriehersteller beim Vergleich unterschiedlicher Recyclingstrategien“, erklärt Benedikt Gruber, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fraunhofer FFB.

Mögliche Anwendungen sind unter anderem:

• Vergleich alternativer Recyclingkonzepte unter einheitlichen Systemgrenzen

• Identifizierung von Kosten- und Emissions-Hotspots entlang der Prozesskette

• Bewertung von Skalierungsstrategien und Szenarien für den industriellen Hochlauf

• Bewertung standortspezifischer Rahmenbedingungen, einschließlich der Energieversorgung

• Sensitivitätsanalyse wichtiger technischer und wirtschaftlicher Parameter

Perspektivisch kann der Bewertungsrahmen um weitere Batteriechemien, stärker regional differenzierte Datensätze und zukünftige regulatorische Szenarien ergänzt werden. (se)

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