FuLIBatteR

Projektlangtitel

Zukünftiges Recycling von Lithium-Ionen-Batterien zur Rückgewinnung kritischer Rohstoffe

Projektbeschreibung

Das von der österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) geförderte COMET-Modul FuLIBatteR möchte das fehlende Bindeglied zur Schließung von Stoffkreisläufen und vorhandenen Datenlücken für Entscheidungsträger im Bereich LIB-Recycling sein. Das Projekt mit einer Laufzeit von vier Jahren (gestartet am 01.07.2022) hat das Ziel, unterschiedliche Rückgewinnungsmöglichkeiten von kritischen Rohstoffen aus dem Aktivmaterial von LIB zu untersuchen und neue Möglichkeiten der Recyclingeffizienzsteigerung aufzuzeigen. In drei Sub-Projekten beschäftigen sich wissenschaftliche und Unternehmenspartner aus Österreich, Deutschland und Großbritannien mit physikalischen (Sub-Projekt 1), pyrometallurgischen (Sub-Projekt 2) bis hin zu bio-hydrometallurgisch elektrochemischen (Sub-Projekt 3) Aufbereitungsprozessen. Hauptaugenmerk liegt auf der Rückgewinnung der Elemente Li, Co, P, Graphit (laut EU als kritische Rohstoffe eingestuft), den Wertmetallen Ni, Co und Mn, sowie Si aus neuen LIB-Systemen. Alle Teilprojekte werden durch das Querschnittsthema der ökologischen Bewertung verbunden. Dabei soll ein Maßnahmenkatalog, beziehungsweise eine Grundlage für Entscheidungsträger und Anlagenbetreiber im Sinne nachhaltiger Batterieproduktion und Batterierecycling entstehen.

Problematik und Hintergrund

Derzeitige Batterie-Recyclingverfahren konzentrieren sich hauptsächlich auf die mechanische Aufbereitung. Dabei werden Gehäuse, Kabel und andere grobe Bestandteile abgetrennt. Nach der Aufbereitung enthält das fein gemahlene Aktivmaterial den größten Massenanteil an LIB (bis zu 70 Gew.-% der Batteriemasse) und enthält die kritischen Elemente Lithium, Phosphor, Kobalt, Silizium und Grafit, sowie weitere wirtschaftlich wichtige Metalle wie Kupfer, Nickel und Mangan in unterschiedlichen Konzentrationen. Viele dieser Elemente werden derzeit nicht gezielt zurückgewonnen, sondern landen entweder nach pyrometallurgischer Behandlung im Abgas, in der Schlacke oder werden nach hydrometallurgischer Behandlung im Abwasser gelöst.

Projektziele

Um den Stand der Technik in den Bereichen Mechanik, Pyro- und Hydrometallurgie zu übertreffen, werden verschiedene Ansätze erprobt. Die erwarteten hochwertigen Output-Fraktionen sollen als Sekundärrohstoffe erneut für die Batterieproduktion oder andere Industriezweige wie die Stahl- und Feuerfestindustrie genutzt werden. Man kann die generierte Metalllegierung beispielsweise als Zusatz für Spezialstähle oder den Grafit als Additiv zur Herstellung von Magnesia-Karbonstein nutzen. Durch Zusammenarbeit mit Firmen, die LIB anwenden, beispielsweise in der Automobilbranche, werden Materialkreisläufe geschlossen und eine erfolgreiche Forschung garantiert.

Abfallwirtschaftliche und mechanische Aufbereitungsansätze für das LIB-Recycling
Pyrometallurgische Aufbereitung von LIB-Aktivmaterial
Bio-hydrometallurgische Aufbereitung von LIB-Aktivmaterial

Projektergebnisse

Prozess	Stand der Technik	Innovation durch FuLIBatteR
Thermische Vorbehandlung von LIB	Wahlweise zur Deaktivierung von LIBs für eine bequemere thermische Handhabung des Materials.	Erforschung der Wechselwirkung zwischen den Materialeigenschaften und den Betriebsparametern der thermischen Vorbehandlung und deren Einfluss auf nachgeschaltete Prozesse (Experimente im Labormaßstab, CFD-Simulation).
Pyrometallurgie	Ein Standardverfahren zur Behandlung von LIB Flexibel in Bezug auf die Zusammensetzung des LIB-Inputs Rückgewinnung von Co, Ni, Cu Kohlenstoff geht als CO₂-Emission verloren Li, Al und teilweise Mn gehen in der Schlacke verloren	Etablierung der Li-Rückgewinnung aus Abgasen Forschung zur Steigerung des thermischen Wirkungsgrads Intelligentes Schlackendesign zur Verringerung von Metallverlusten Entfernung von graphitreichem Konzentrat vor der pyrometallurgischen Behandlung
Hydrometallurgie	Ein Standardverfahren zur Behandlung von LIB-aktivem Material oder Rückständen von pyrometallurgischen Behandlungen Kohlenstoff geht als Rückstand verloren	C-Rückgewinnung durch Schaumflotation oder magnetische Dichteabscheidung Optionale Si-Rückgewinnung als Nebenprodukt der magnetischen Dichtetrennung
Flotation	Der Standardprozess der Erzkonzentration Getestet an mechanisch behandelten LIB-Zellen	Thermisch vorbehandeltes aktives Material als Input Unterschiedliche LIB-Typen als Input Kaskadische Nutzung von Prozesswasser als Input in bio-elektrochemischen Systemen Recycling von Li und P aus Prozesswasser unter Verwendung von natürlich vorkommendem Zeolith und Strippen
Bio-Laugung	Ähnlich der hydrometallurgischen Behandlung, jedoch mit Mikroorganismen zur Lösung von Metallen Hauptanwendungsgebiet ist die Aufbereitung von Mineralerzen	Aktivmaterial aus LIB als neues Einsatzmaterial Erforschung geeigneter Mikroorganismen (Reinkultur, Co-Kultur)
Elektrolyse	Standardmethode zur Reduktion von Metallen Energieintensive Anwendung	Erforschung von bio-elektrochemischen Systemen als Alternative Null bis geringer Energieverbrauch
Umweltauswirkung	Wenig bis keine öffentlichen Daten verfügbar	Ökobilanz und MFA zur Erhellung der ökologischen Sinnhaftigkeit von Behandlungsschritten und als Grundlage für ökologisch vertretbare Entscheidungen im Einklang mit erreichbaren Entwicklungszielen

Fördergeber

Das Modul FuLIBatteR wird im Rahmen von COMET (Competence Center for Excellent Technologies), dem österreichischen Programm für Kompetenzzentren, unterstützt. COMET wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie, des Bundesministeriums für Arbeit und Wirtschaft, der Länder Oberösterreich und Steiermark sowie der Steirischen Wirtschaftsförderungsgesellschaft (SFG) finanziert. Darüber hinaus unterstützt die Upper Austrian Research GmbH das Modul. Neben der öffentlichen Förderung durch COMET wird dieses Forschungsprojekt von den Unternehmenspartnern Audi AG, BRAIN Biotech AG, Ebner Industrieofenbau GmbH, RHI Magnesita GmbH, Saubermacher Dienstleistungs AG, TÜV SÜD Landesgesellschaft Österreich GmbH, voestalpine High Performance Metals GmbH und der VTU Engineering GmbH sowie von den wissenschaftlichen Partnern acib GmbH, Universität Coventry, Montanuniversität Leoben, BOKU - Universität für Bodenkultur Wien und UVR-FIA GmbH mitfinanziert.

Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG)

Projektkoordinator

K1-MET GmbH

Projektpartner

AUDI AG

BRAIN Biotech AG

EBNER Industrieofenbau GmbH

Borealis RHI Magnesita GmbH

Saubermacher Dienstleistungs AG

Borealis TÜV SÜD Landesgesellschaft Österreich GmbH

voestalpine High Performance Metals GmbH

VTU Group GmbH

Borealis acib GmbH (Austrian Centre of Industrial Biotechnology)

Borealis Universität für Bodenkultur (Department für Agrarbiotechnologie IFA Tulln)

Borealis Universität Coventry

Montanuniversität Leoben

Borealis UVR-FIA GmbH

Sie können der Projektverantwortlichen Frau Dipl.-Ing. Bettina Rutrecht mit nachstehendem Formular gerne direkt eine Anfrage senden.

Bettina Rutrecht

Dipl.-Ing.
Wissenschaftliche Mitarbeiterin bei der K1-MET GmbH

Telefon: +43 3842 / 402-2274
Mobil: +43 664 / 59 08 52 2
Fax: +43 3842 / 402-5102
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