Bis 2030 wird sich die Menge an ausgedienten Batterien und zu recycelnden Materialien voraussichtlich verdreifachen. Gleichzeitig nimmt die Komplexität der Rücklaufströme zu, etwa durch unterschiedliche Batterietypen, Designs und chemische Zusammensetzungen. Eine gemeinsame Studie der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB, des Instituts für Wirtschaftschemie der Universität Münster, der Porsche Consulting GmbH und der Volkswagen AG zeigt: Für Recyclingunter-nehmen kommt es nun vor allem auf eine wirtschaftlich tragfähige Skalierung bestehender Recyclingverfahren und die rechtzeitige Vorbereitung auf die künftig deutlich vielfältigeren Rücklaufströme an. Die Ergebnisse wurden nun in der welt-weit renommierten Fachzeitschrift »Nature Energy« veröffentlicht.
Aufgrund der Lebensdauer von Fahrzeugbatterien folgt der industrielle Hochlauf des Batterierecyclings dem Ausbau der Batteriezellproduktion mit einer Verzögerung von rund zehn Jahren. Die aktuelle Aufbauphase der Recyclingbranche ist daher entscheidend: Unternehmen müssen Verfahren, Logistik und Geschäftsmodelle so weiterentwickeln, dass sie mit steigenden Mengen und einer wachsenden Vielfalt an Fahrzeugbatterien Schritt halten können. Regulatorische Vorgaben wie Mindestrückgewinnungsquoten, Rezyklatanteile in neuen Batterien und die erweiterte Herstellerverantwortung erhöhen den Handlungsdruck zusätzlich.
»Um in der Skalierungsphase nach 2030 wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Recyclingunternehmen die aktuelle Aufbauphase nutzen, um ihre Prozesse zu optimieren, Kosten zu senken und tragfähige Geschäftsmodelle zu entwickeln«, sagt Prof. Dr. Simon Lux, Institutsleiter der Fraunhofer FFB und Mitautor der Studie. »Entscheidend wird dabei eine enge Zusammenarbeit mit Automobilherstellern sein, um frühzeitig Zugang zu Batterierückläufen zu erhalten und sich auf zukünftige Technologieentwicklungen vorzubereiten.«
Zwei Phasen auf dem Web zur Industrialisierung
In den kommenden Jahren wird der Studie zur Folge die Recyclingbranche vor allem von Produktionsabfällen aus der anlaufenden Batteriezellfertigung sowie etablierten Zellchemien auf Basis von Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC) und Lithium-Eisenphosphat (LFP) geprägt sein. Rund 70 Prozent der aktuellen Recyclingmengen stammen aus solchen Produktionsabfällen. Für diese Batteriegenerationen stehen mit pyro- und hydrometallurgischen Verfahren bereits geeignete Recyclingtechnologien zur Verfügung. Im Mittelpunkt steht nun, ihre Anwendung wirtschaftlich zu skalieren. Dafür müssen Prozesse in der Rücknahme und Vorbehandlung effizienter, stärker standardisiert und weiter automatisiert werden.
Ab 2030 verändert sich die Ausgangslage jedoch deutlich. Die Forschenden gehen von einer hohen Rücklaufmenge aus: Rund 60 Prozent Altfahrzeugbatterien und weiteren Rücklaufquellen außerhalb der Produktion werden erwartet. Im Gegensatz zu Produktionsabfällen unterscheiden sich diese Batterien stärker hinsichtlich Alter, Zustand, Zellchemie, Zellformat und Systemdesign, was zu zusätzlichen Anforderungen bei der Analyse, Sortierung, Deaktivierung und Demontage im Recycling führt.
Insbesondere innovative Zellchemien erfordern Anpassungen der Recyclingprozesse. Neben heutigen Lithium-Ionen-Batterien werden künftig auch Natrium-Ionen- und Festkörperbatterien Teil der Rücklaufströme sein. »Natrium-Ionen-Batterien lassen sich grundsätzlich in bestehende Prozessketten integrieren, erfordern jedoch angepasste und möglichst getrennte Materialströme«, erläutert Hannah Mittag, wissenschaftliche Mitarbeiterin der Fraunhofer FFB. »Festkörperbatterien bringen jedoch mit neuen Materialien und Zellkonzepten grundlegend neue Sicherheits- und Rückgewinnungskonzepte im Recycling mit sich.«
Sieben Trends für wirtschaftliches Batterierecycling
Ein zentrales Ergebnis der Studie ist die angespannte wirtschaftliche Lage vieler Recycler: Besonders für kobalt- und nickelfreie Chemien wie LFP oder Natrium-Ionen-Batterien übersteigen die Prozesskosten häufig den Wert der zurückgewonnenen Materialien. Die Autoren der Studie identifizieren sieben zentrale Entwicklungstrends, die die Recyclingökonomie verbessern und den Übergang zu einer vollständig kreislauforientierten Batterieindustrie unterstützen können. Dazu zählen ein recyclinggerechtes Batteriedesign, die Nutzung von Second-Life-Anwendungen, die Standardisierung der Rücknahmelogistik sowie die Optimierung der Recyclingprozesse. Ein weiterer Trend liegt in einer arbeitsteiligen Struktur aus regionaler Vorbehandlung und zentraler Materialrückgewinnung, Aufbau von Märkten für Sekundärmaterialien sowie stärker integrierte Geschäftsmodelle entlang der Wertschöpfungskette.
» Unsere Studie zeigt, dass Recyclingunternehmen die aktuelle Aufwärmphase nutzen müssen, um Prozesse zu optimieren, Kosten zu senken und sich für die Hochlaufphase nach 2030 zu positionieren. Entscheidend wird dabei die frühzeitige Zusammenarbeit mit Automobil-OEMs sein, um Materialströme zu sichern und wettbewerbsfähig zu bleiben«, fasst Hannah Mittag zusammen.
Sieben Entwicklungstrends für das Recycling von Fahrzeugbatterien im Überblick
- Recyclinggerechtes Batteriedesign: Standardisierte Befestigungssysteme, modulare Architekturen und lösbare Klebstoffe erleichtern den Demontageaufwand, senken Kosten und verbessern die Sicherheit.
- Second-Life-Nutzung von Batterien: Die Weiterverwendung von Fahrzeugbatterien in stationären Speichern oder anderen Anwendungen kann zusätzliche Wertschöpfung generieren und die Kreislaufwirtschaft stärken.
- Effizientere Rücknahmelogistik: Standardisierte Verpackungs- und Transportsysteme in Kombination mit regionalen Sammelzentren reduzieren Logistikkosten und verbessern die sichere Handhabung von Altbatterien.
- Optimierung der Recyclingprozesse: Automatisierung der Demontage senkt den Arbeitsaufwand um 50-80 Prozent. Die Spezialisierung auf homogene Stoffströme steigert Rückgewinnungsraten und verringert die Prozesskosten.
- Spezialisierte Wertschöpfungsketten: Die Entkopplung der mechanischen Aufbereitung von nachgelagerten Schritten ermöglicht verbesserte Kostenstrukturen und effizientere Prozessstrukturen.
- Absatzmärkte für Sekundärrohstoffe: Da sich Batteriechemien zunehmend zu Systemen mit geringerem Metallwert verschieben, wird die Erschließung nachgelagerter Absatzmärkte für Sekundärmaterialien unverzichtbar.
- Neue Geschäftsmodelle: Geschlossene Kreisläufe, OEM-eigenes Recycling, Second-Life-Nutzung und PROs wandeln das Recycling von einer eigenständigen Dienstleistung in eine strategisch eingebettete Funktion mit stabilerer Wirtschaftlichkeit und gesicherten Rohstoffströmen.
Quelle: Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB