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Lithium-Ionen-Batterie-Recycling zur Rückgewinnung kritischer Rohstoffe

Projektleitung: Kremser Klemens, Projektleiter/in

Laufzeit:: 01.07.2022-30.06.2026

Programm:: COMET-Modul

Art der Forschung: Angewandte Forschung

Projektpartner*innen: ACIB GmbH, 8010 Graz, Österreich.
Funktion des Projektpartners: Partner; Coventry University, Vereinigtes Königreich.
Funktion des Projektpartners: Partner; K1-MET GmbH, Stahlstraße 14, 4020 Linz, Österreich.
Funktion des Projektpartners: Koordinator; Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft, Montanuniversität Leoben, Österreich.
Funktion des Projektpartners: Partner; Saubermacher Dienstleistungs AG, Oberlaaer Straße 271, 1230 Wien, Österreich.
Funktion des Projektpartners: Partner; voestalpine Stahl GmbH, voestalpine-Straße 3, 4020 Linz, Österreich.
Funktion des Projektpartners: Partner

Mitarbeiter*innen: Gübitz Georg, Sub-Projektleiter/in; Ribitsch Doris, Projektmitarbeiter/in; Jelic Leon Robert, Projektmitarbeiter/in

Beteiligte BOKU-Organisationseinheiten: Institut für Umweltbiotechnologie

Gefördert durch: FFG - Forschungsförderungsgesellschaft, Sensengasse 1, 1090 Wien, Österreich

Abstract: Die Herausforderung des nachhaltigen Batterierecyclings wird durch die zunehmende Elektromobilität, aber auch durch eine Novelle der EU-Batterieverordnung vorangetrieben, die höhere Recyclingquoten für die in den Batterien enthaltenen Wertstoffe fordert. Im Hinblick auf die Schließung von Stoffkreisläufen und Materialzirkularität adressiert das COMET-Modul FuLIBatteR das Ende der Batteriewertschöpfungskette. Derzeit gibt es keine nachhaltige Lösung, um die im aktiven Material enthaltenen kritischen Rohstoffe Lithium, Phosphor, Kobalt und Graphit sowie die wirtschaftlich wichtigen Metalle Nickel, Kupfer und Mangan in einer verwertbaren Form zurückzugewinnen. Die Vision und Motivation des Moduls liegt in der Aufbereitung des Aktivmaterials aus der mechanischen Aufbereitung von Lithium-Ionen-Batterien zur Erprobung innovativer und effizienter Verfahren zur Rückgewinnung von Wertstoffen. Im Rahmen des Moduls werden physikalische Trennverfahren, pyrometallurgische und bio-hydrometallurgische Prozessrouten im Labormaßstab untersucht und bewertet. Im Bereich der mechanischen Batterieaufbereitung erfolgt eine Entwicklung des thermischen Batteriedeaktivierungsprozesses auf der Basis von CFD-Simulationen und in der Folge die Untersuchung zur Abtrennung einer Graphitfraktion höchstmöglicher Reinheit aus dem Aktivmaterial mittels Flotation. Das entstehende Flotationsabwasser wird ebenfalls weiter behandelt, um gelöstes Lithium zurückzugewinnen. Im Bereich der Pyrometallurgie wird ein innovatives Konzept zur selektiven Rückgewinnung von Phosphor und Lithium über die Gasphase im Labor getestet. In einem induktiv beheizten Koksbettreaktor können Lithium und Phosphor aus dem aktiven Material reduziert und in die Gasphase überführt werden. Ein nachgeschalteter Gaswäscher soll eine selektive Abtrennung gewährleisten. Die Erzeugung einer volumen- und metallarmen Schlacke (geringe Metallverluste) ist ebenfalls ein Ziel dieser Prozessroute. Der dritte innovative Ansatz untersucht den Einsatz von Mikroorganismen. Mit Hilfe der biologischen Auslaugung sowie elektrochemischer Verfahren soll die selektive Metallrückgewinnung im Labor quantifiziert werden. In diesem Zusammenhang soll auch die Frage geklärt werden, ob Peptide eine Metallrückgewinnung ermöglichen, was ebenfalls einen neuartigen Ansatz darstellt. Die gewonnenen Sekundärrohstoffe sollen nicht nur in den Prozess der Batterieherstellung zurückgeführt werden, sondern auch in anderen ressourcenintensiven Bereichen Anwendung finden. FuLIBatteR prüft, ob die anfallenden Sekundärprodukte in der Stahl- oder Feuerfestindustrie eingesetzt werden können. Schließlich werden die im Rahmen des Moduls erforschten Aufbereitungswege auch im Hinblick auf eine Integration in die Prozesskette des Batterierecyclings bewertet, um die Effizienz der Materialrückgewinnung zu steigern. FuLIBatteR kann den Materialkreislauf in der Batterieaufbereitung nahezu schließen.

Schlagworte: Elektrochemie; Materialchemie; Umweltchemie;; Lithium Ion Batterie; Recycling-Strategie; Rückgewinnung von Wertstoffen;