Umweltfreundliches Recycling von Lithium-Ionen-Batterien

Duesenfeld verbindet in einem patentierten Verfahren mechanische, thermodynamische und hydrometallurgische Prozesse. Das Verfahren erzielt bei geringem Energieaufwand höchste stoffliche Rückgewinnungsraten. Ermöglicht wird das durch eine Prozessführung mit niedrigen Temperaturen, bei der giftiger Fluorwasserstoff nicht entsteht. Eine Abgaswäsche ist im mechanischen Verarbeitungsschritt nicht notwendig.

Duesenfeld betreibt den einzigen Recyclingprozess, der neben den üblichen Metallen auch den Graphit, den Elektrolyten und das Lithium einer stofflichen Verwertung zuführt. Stoffliche Verwertung heißt keine Deklarierung als Baustoff, z.B. für Straßenbau, sondern alle Metalle werden mit hohen Rückgewinnungsraten in Form hochwertiger Sekundärrohstoffe bis hin zu Batteriequalität zurückgewonnen. Die Produktion von Sekundärrohstoffen sowie der Duesenfeld Black® Schwarzmasse mit dem Duesenfeld Recyclingprozess führt zu einer Gutschrift von 3,17 Tonnen CO₂-eq. pro Tonne recycelter Batterien im Vergleich zur Primärgewinnung der Rohstoffe

LCA-Ergebnisse des Duesenfeld Recyclingprozesses¹⁾

Klimafreundliche Elektromobilität erfordert beste Recyclingtechnologie

CO₂-Einsparungen der Elektromobilität zur Verlangsamung der Erderwärmung dürfen nicht durch ungeeignetes Recycling der Batterien zunichte gemacht werden. Mit dem umweltfreundlichen Verfahren von Duesenfeld entsteht kein CO₂ beim mechanischen Recycling.

Die zerkleinerte Batterie wird bei niedriger Temperatur und unter Vakuum getrocknet, um die Bildung von Fluorwasserstoff (HF) zu verhindern
Niedrige Temperaturen führen zu sehr kurzer Trocknungszeit, dadurch erhöht sich der Durchsatz der Recyclinganlage signifikant
Die Lösemittel des Elektrolyten sind durch die niedrigen Temperaturen nicht verunreinigt und können wiederverwendet werden, anstatt sie entsorgen zu müssen
Keine Abgaswäsche erforderlich
Keine teuren Entsorgungs- und Deponiekosten für giftige Filtermaterialien oder Abwasser
Anlagen aus Normalstahl, keine Korrosion an den Anlagen

Erfüllung gesetzlicher Vorgaben bei gleichzeitig hoher Wirtschaftlichkeit

Das Duesenfeld Verfahren erzielt bei Lithium-Ionen-Batterien durch mechanische Aufbereitung eine mehr als doppelt so hohe stoffliche Rückgewinnungsrate als herkömmliche Recyclingmethoden. Ergänzt durch hydrometallurgische Prozesse ist ein nahezu vollständiges Recycling möglich.

samples of the recovered material — Outputfraktionen des mechanischen Recyclingprozesses

Bereits heute übertrifft Duesenfeld im eigenen Recyclingbetrieb die Anforderungen der EU-Batterieverordnung 2023/1542, mit einer Recyclingeffizienz von über 85 % und einer stofflichen Verwertung von über 98 % der wertvollen Metalle wie Cobalt, Nickel oder Lithium. Kurze Verarbeitungszeiten und die Vermeidung der Entstehung toxischer Gase senken die Betriebskosten im mechanischen Recycling, dies ist besonders wichtig beim Recycling von Nicht-Wertstoffhaltigen Batterien, wie z.B. Lithium-Eisenphosphat Batterien. Damit bietet das Verfahren schon heute sowohl regulatorische Sicherheit für zukünftige Anforderungen und schafft zugleich die Grundlage für eine wirtschaftliche und ökologische Kreislaufführung von Batteriematerialien.

Zielvorgaben der stofflichen Verwertung und Recyclingeffizienz im Vergleich — Zielvorgaben nach EU-Batterieverordnung 2023/1542 der stofflichen Verwertung und Recyclingeffizienz im Vergleich²⁾

Prozesskette des Duesenfeld Recyclingprozesses

Die innovative Duesenfeld Prozesskette wurde speziell für Lithium-Ionen-Batterien entwickelt und ist durch umfangreiche Patente geschützt. Durch Duesenfelds einzigartige Kombination aus Entladung, mechanischer Aufbereitung und Hydrometallurgie sowie den Verzicht auf Hochtemperaturprozesse gelingt eine umfassende Kreislaufschließung der Batteriematerialien. Dadurch ist Duesenfeld der Technologieführer im Bereich Lithium-Ionen-Batterierecycling.

Stoffliche Rückgewinnung beim Duesenfeld Recycling — Rückgewinnung beim Duesenfeld Recycling

Entladung

Das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien beginnt mit der patentierten Tiefentladung der Batterien und der Nutzung der Energie. Durch die Duesenfeld Tiefentladung der Batterien wird eine sichere und effiziente Entladung von in Reihe geschalteten Zellen, Modulen oder Packs gewährleistet. Die intelligente Steuerungssoftware ermöglicht eine automatisierte Tiefentladung der Batterien unabhängig von verschiedenen Faktoren wie dem Ladezustand (State of Charge), der Spannung, des Alters der Batterie oder des Herstellers. Durch die hohe lineare Entladeleistung wird eine große Durchsatzmenge und höchstmögliche Effizienz erreicht. Der zurückgewonnene Strom kann für den Betrieb der Recyclinganlage genutzt oder ins Netz eingespeist werden.

Die Duesenfeld Entladeanlagen garantieren durch permanentes Softwaremonitoring während des Entladeprozesses höchste Sicherheit und Schutz vor Fehlbedienung. Beispielsweise können die angeschlossenen Lithium-Ionen-Batterien während des Betriebs sicher und einfach über eine Schnellkontaktierung ausgetauscht werden.

Dank der patentierten Technologie besteht für die nachfolgenden Prozessschritte keine weitere elektrische Gefährdung. Zugleich entfällt die Notwendigkeit von hochvoltgeschultem Personal bei einer anschließenden optionalen Demontage von Lithium-Ionen Batteriepacks.

Die Duesenfeld Entladung von Lithium-Ionen-Batterien gewährleistet Mitarbeiterschutz, Prozesssicherheit und eine hohe Effizienz.

Mechanische Aufbereitung

Die mechanische Aufbereitung von Lithium-Ionen-Batterien ist aufgrund des brennbaren Elektrolyten und gefährlicher Inhaltsstoffe eine anspruchsvolle Aufgabe. Zur sicheren Aufbereitung hat Duesenfeld ein Verfahren entwickelt und patentiert, das die spezifischen Gefahren im Prozess eliminiert.

Nach Entladung und Demontage werden die Batterien unter Inertgasatmosphäre zerkleinert und das Lösungsmittel des Elektrolyten aus dem Zerkleinerungsgut mittels Vakuumdestillation zurückgewonnen. Eine niedrige Prozesstemperatur unterbindet die Bildung toxischer Gase, dadurch ist keine Abgaswäsche notwendig. Das abgetrennte Lösungsmittel hat eine sehr hohe Reinheit, weil Reaktionsprodukte mit Fluorwasserstoff vermieden werden, und geht zur weiteren Aufarbeitung in die chemische Industrie.

Trockener Produktionsausschuss von Elektrodenfolien aus der Batteriezellfertigung kann ebenfalls mit der Anlage verarbeitet werden. Es ist keine Umrüstung notwendig und das zerkleinerte Schreddergut kann ohne Trocknungszeit in den nachfolgenden Schritten der Separation verarbeitet werden.

Das getrocknete Zerkleinerungsgut wird anhand physikalischer Eigenschaften wie Korngröße, Dichte, magnetischer und elektrischer Eigenschaften in verschiedene Materialfraktionen aufgetrennt, die metallurgisch weiterverarbeitet werden. Die Eisen-, Kupfer- und Aluminiumfraktionen werden etablierten Verwertungswegen zugeführt. Zur Verarbeitung der sogenannten Duesenfeld Black® Schwarzmasse, die die Elektrodenaktivmaterialien und das Leitsalz enthält, hat Duesenfeld ein hydrometallurgisches Verfahren entwickelt. Mit diesem patentierten Verfahren werden aus der Duesenfeld Black® die Metalle Kobalt, Lithium, Nickel und Mangan sowie Graphit zurückgewonnen.

Hydrometallurgie

Duesenfeld hat ein eigenes Verfahren entwickelt und patentiert, das eine vollständige Kreislaufführung durch die Produktion von Rohstoffen in Batteriequalität der Elektrodenaktivmaterialien ermöglicht.

Eine besondere Herausforderung bei der hydrometallurgischen Verarbeitung der Duesenfeld Black® ist das fluorhaltige Leitsalz, das bei der nasschemischen Verarbeitung zur Bildung von Fluorwasserstoff führen kann. Durch einen patentierten, spezifischen Vorbehandlungsschritt entfernt Duesenfeld das Fluorid vollständig vor der Laugung, wodurch die Bildung von Fluorwasserstoff sicher verhindert wird. Im Anschluss an die Fluoridentfernung werden die Metalle gelaugt und somit vom Graphit getrennt. Lithium, Kobalt, Nickel und Mangan werden mittels verschiedener Extraktionsverfahren voneinander getrennt, aufgereinigt und in Form von Salzen zurückgewonnen. Die Salze dienen als Ausgangsmaterial für die Produktion neuer Kathodenaktivmaterialien.

¹⁾ Duesenfeld LCA-Ergebnisse, Öko-Institut Consult GmbH,2026 nach ISO 14040/44, ecoinvent 3.10

²⁾ Recyclingeffizienz 2024 Duesenfeld Recyclinganlage, Wendeburg, Zielvorgaben nach EU-Batterieverordnung 2023/1542