Hocheffizient, umweltfreundlich Neues Zitronensäure-Verfahren revolutioniert Batterie-Recycling
28.11.2024, 16:42 Uhr Artikel anhören
Ausgediente Lithium-Ionen-Akkus können mit einem neuen Verfahren hocheffizient und umweltfreundlich recycelt werden.
(Foto: IMAGO/Zoonar)
Ein einfaches, effizientes und umweltfreundliches Verfahren hat das Zeug, das Recycling verbrauchter Lithium-Ionen-Akkus zu revolutionieren. Es benötigt als einzige Chemikalie Zitronensäure und kann nahezu 100 Prozent der Metalle in Batterien zurückgewinnen.
Im Zuge der weltweiten Energiewende steigt der Bedarf an Lithium-Ionen-Akkus enorm an. Die Internationale Energieagentur (IEA) prognostiziert für 2025 vier Terawattstunden (TWh) für 2030 bereits fast 7 TWh. Die Ressourcen dafür sind knapp und entsprechend teuer, außerdem sind entsorgte Akkus eine große Umweltbelastung. Effizientes und nachhaltiges Recycling der Batterien wird daher immer wichtiger.
Die meisten aktuellen Verfahren scheitern jedoch an einem hohen Energieverbrauch, geringer Materialqualität oder komplizierter, teurer Technik. Viele erzeugen zudem giftige Abfälle. Eine vielversprechende alternative Methode kommt jetzt aus China, dem Land, in dem rund drei Viertel der Lithium-Ionen-Akkus hergestellt werden. Das Verfahren hat ein Team um Miaomiao Zhou von der Chinesischen Universität für Bergbau und Technologie in Peking entwickelt. Die Studie der Wissenschaftler wurde bei "Angewandte Chemie" veröffentlicht.
Auslaugung bisher aufwendig und umweltschädlich
Das Verfahren basiert auf der sogenannten Säure-Auslaugung. Dabei werden die wertvollen Metalle Lithium, Nickel, Kobalt und Mangan, die sich in den Elektroden befinden, in einem Säurebad aus den zerkleinerten Batterien herausgelöst. Häufig werden dafür anorganische Säuren wie Salpeter- oder Salzsäure verwendet. In jüngster Zeit kommen auch organische Säuren wie Zitronensäure zum Einsatz, die weniger korrosiv und umweltschädlich sind.
Insgesamt sind bisher aber auch Auslaugungen mit Zitronensäure sehr aufwendig und wenig umweltfreundlich, da große Mengen Säure und zusätzlich Ammoniak zur Regulierung des ph-Werts der Lösung benötigt werden. Das neue Verfahren kommt dagegen ohne weitere Chemikalie aus und benötigt weit weniger Zitronensäure.
Fast 100 Prozent Rückgewinnung
"Unsere Strategie stellt einen doppelten Durchbruch dar, denn sie vereinfacht den Prozess und macht ihn gleichzeitig umweltfreundlicher", zitiert das Wissenschaftsmagazin "Scinexx.de" Zhou und sein Team. "Die Methode benötigt nur einen Schritt, und der Energieverbrauch sowie die CO2-Emissionen liegen bei nur 26 oder 44 Prozent der herkömmlichen hydrometallurgischen Verfahren." Die Effizienz der Metall-Rückgewinnung liege bei über 99 Prozent, sagt der Chemiker.
So funktioniert es: Nur zwei der drei Säuregruppen der Zitronensäure reagieren. Die freigesetzten Protonen lösen die Lithium-Sauerstoff-Bindungen. Auch die Verbindungen der anderen Metalle mit Sauerstoff brechen auf. Nickel, Kobalt und Mangan gehen in Lösung und bilden stabile Komplexe mit Zitronensäure-Anionen. Die dritte Säuregruppe reagiert ringförmig zu einem Polyester, das geliert und leicht abgetrennt werden kann. Das Gel wird erhitzt, der organische Anteil verbrannt. Übrig bleibt ein Schichtgitter mit eingelagerten Lithiumionen, das direkt zur Herstellung neuer Elektroden verwendet werden kann.
Quelle: ntv.de, kwe
