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Recycling aktueller und zukünftiger Batteriespeicher - Technische, ökonomische und ökologische Implikationen

Recycling aktueller und zukünftiger Batteriespeicher - Technische, ökonomische und ökologische Implikationen
Veranstaltungsart:

Workshop

Links:Informationsmaterial (PDF)Abschlussbericht (PDF)
Tagungsort:

ITAS, Karlstr. 11, 76133 Karlsruhe, Raum 418

Datum:

06.06.18

Quelle: Dreamer21 / pixabay

Beschreibung

Hintergrund

Das Recycling gegenwärtiger Li-Ion Batterien ist aufwendig und zum Teil mit erheblichen Kosten und Umweltauswirkungen verbunden. Ferner können (je nach Recyclingtechnologie) auch nur ein Teil der Wertstoffe wiedergewonnen werden. Jedoch wird ein möglichst vollständiges Recycling aufgrund der Endlichkeit mineralischer Ressourcen und der teils hohen Umweltbelastung aus der Rohstoffgewinnung als zentral für eine positive Umweltbilanz von Batteriespeichern gesehen. Unabhängig davon werden gegenwärtig einige post-Lithium Speichersysteme entwickelt, über deren prinzipielle Rezyklierbarkeit noch sehr wenig bekannt ist. Soweit sich die Technologieentwicklung an der Verwendung kosten-günstiger Materialien orientiert, kann dies zu geringen wirtschaftlichen Anreizen für ein Recycling führen. Auf der anderen Seite gibt es emergente Batteriesysteme, die auf Reinmetall-Elektroden basieren, welche ein stoffliches Recycling nennenswert begünstigen.

Workshop und Expertenforum

Der eintägige Workshop brachte Experten aus verschiedenen Disziplinen und Institutionen wie Forschung, Industrie oder Politikberatung zusammen. Diese diskutierten unternehmerische Aspekte, Regularien, potentielle Umweltauswirkungen sowie die mögliche Anwendbarkeit gegenwärtiger und zukünftiger Recyclingverfahren auf die verschiedenen Batterie- und Zellchemien. Neben etablierten Li-Ionen Batterien wurden dabei auch vielversprechende neue Zellchemien wie z.B. Li-Ion Festkörper, Na- Ion oder Mg-Ion Batterien betrachtet. Auf dieser Basis werden dann erste Grundsätze für einen recycling-freundlicheren Aufbau von Batterien und potentielle Regeln für ein „design for recyclability“ im frühen Entwicklungsstadium entworfen werden.

Ziele

  • Vernetzung von Experten unterschiedlicher Disziplinen (Forschung, Industrie, Politik)
  • Schaffen eines gemeinsamen Verständnisses bzgl. der Wichtigkeit der Recycling-fähigkeit zukünftiger Batterien für nachhaltigere Energiespeichertechnologien
  • Identifizierung von zukünftigem Forschungs- und Förderungsbedarf
  • Ermitteln erster Schlüsselkriterien für einen recyclingfreundlicheren Aufbau von Batterien

Technische, ökonomische und ökologische Implikationen

 

Teilnehmende des Expertenforums zum Recycling aktueller und zukünftiger Batteriespeicher

Bild: Teilnehmende des Expertenforums zum Recycling aktueller und zukünftiger Batteriespeicher

Programm

Agenda

08:45 Welcome und Kaffee
09:00 Begrüßung und Vorstellung
09:10 Eröffnung
  • Jens Peters: Batterierecycling - Umweltauswirkungen und potentieller Ressourcenbedarf
09:30 Impulsvorträge mit anschließender Diskussion zum Thema „Derzeitige Batteriesysteme und Recyclingprozesse“
  • Christian Hanisch: Tbd
  • Albrecht Melber: Ökonomisch - technische Herausforderungen in Li-Ion Recyclingprozessen
  • Andreas Bittner: Innovative Recyclingverfahren für Lithium-Ionen-Batterien
  • Andre Dressel: Zellkontaktiersysteme: Aufbau Verbindungstechnik - Materialeinsatz
10:30 Kaffeepause
11:00 Impulsvorträge mit anschließender Diskussion zum Thema „Umweltaspekte derzeitiger Recyclingprozesse“
  • Felipe Cerdas: Umweltaspekte des Recyclings von Lithium-Ionen-Traktionsbatterien im Rahmen des LithoRec-Projekts
  • Jürgen Sutter: Ökologische Aspekte des Recyclings von Batteriespeichertechnologien
  • Bettina Rutrecht: Aspekte der Batteriekennzeichnung und -identifikation - Herausforderungen für das Recycling
12:15 Mittagspause
13:30 Eröffnung Nachmittagsteil
13:40 Impulsvorträge mit anschließender Diskussion zum Thema „Zukünftige Batteriesysteme und Recyclingprozesse Teil I“
  • Bettina Rutrecht: Aspekte der Batteriekennzeichnung und identifikation - Herausforderungen für das Recycling
  • Paul Mählitz: Recyclingfähigkeit von Lithiumbatterien
  • Georgios Chryssos: Grenzenlos? - Ökologische und ökonomische Grenzen des Recyclings von Batterien
  • Alexandra Pehlken: Das „Henne-Ei Problem" - Kritischer Exkurs am Beispiel Brennstoffzellen
15:00  Kaffeepause
15:30 Impulsvorträge mit anschließender Diskussion zum Thema „Zukünftige Batteriesysteme und Recyclingprozesse Teil II“
  • Alberto Varzi: All solid state batteries: a new old concept
  • Dominic Bresser: Potential battery candidates for the near- to long-term future of electrochemical energy storage
16:30  Zusammenfassen der Ergebnisse
17:00 Ende der Veranstaltung

Referenten

Andreas Bittner, Fraunhofer ISC

Dominic Bresser, Helmholtz Institut Ulm

Juan Felipe Cerdas, Technische Universität Braunschweig

Georgios Chryssos, Stiftung GRS Batterien

Andre Dressel, TE Connectivity

Christian Hanisch, Duesenfeld GmbH

  • Geschäftsführung Duesenfeld GmbH

Paul Mählitz, TU Berlin

Albrecht Melber, Accurec

Alexandra Pehlken, Universität Oldenburg

Jens Peters, Karlsruher Institut für Technologie/Helmholtz Institut Ulm

Bettina Rutrecht, Montanuniversität Leoben

Jürgen Sutter, Öko-Institut

Alberto Varzi, Helmholtz Institut Ulm

Abstracts

Eröffnung

Jens Peters: Batterierecycling - Umweltauswirkungen und potentieller Ressourcenbedarf

Im Rahmen der Energie- und Mobilitätswende wird eine starke Zunahme des Bedarfs an Energiespeichern erwartet. Dies geht einher mit einer Verlagerung des Bedarfes von fossilen Energieträgern hin zu einer Vielzahl an spezifischen Metallen und Mineralien, die für die Herstellung der entsprechenden Technologien benötigt werden. Dies geht einher mit teils erheblichen Umweltauswirkungen, die bei der Gewinnung der benötigten Rohstoffe entstehen. Recycling kann einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung dieser Umweltauswirkungen und des Ressourcenverbrauches leisten. Dabei zeigen verschiedene Batteriekonzepte sehr unterschiedliche potentielle Recyclingfähigkeit. Anhand eines LCA- Beispielvergleiches wird dabei aufgezeigt, dass die Rezyklierbarkeit ein entscheidender Faktor sein kann, und selbst Abstriche bei anderen Leistungsparameters (wie z.B. Energiedichte oder Effizienz) über den gesamten Lebenszyklus kompensieren kann.

 

Themenblock „Derzeitige Batteriesysteme und Recyclingprozesse“

Christian Hanisch: Vorstellung Duesenfeld GmbH

Albrecht Melber: Ökonomisch - technische Herausforderungen in Li-Ion Recyclingprozessen

In einer noch nicht ausgeprägten Marktnische, dem Recycling von Li-Ion Akkumulatoren, zeichnen sich durch Marktteilnehmer und Entwicklungsvorhaben verschiedentlich Behandlungsansätze ab. Der Vortrag soll einen Überblick geben, technische Risiken aufzeigen, ökonomische Barrieren umschreiben.

Andreas Bittner: Innovative Recyclingverfahren für Lithium-Ionen-Batterien

Vorstellung der innovativen Batterierecyclingansätze des Fraunhofer ISC und seiner Projektgruppe IWKS. Kurze Einführung in die Projekte NeW-Bat, ECO COM'BAT und AutoBatRec2020

 

Themenblock „Umweltaspekte derzeitiger Recyclingprozesse“

Felipe Cerdas: Umweltaspekte des Recyclings von Lithium-Ionen-Traktionsbatterien im Rahmen des LithoRec-Projekts

In der Präsentation werden die wichtigsten Aspekte des Recyclingprozesses von Lithium-Ionen-Batterien aus ökologischer Sicht analysiert. Anhand von Primärdaten haben wir eine Energie- und Stoffstromanalyse der im Rahmen des LithoRec-Projekts entwickelten Prozesskette durchgeführt. Schließlich diskutieren wir die Ergebnisse der im Rahmen des LithoRec-Projekts durchgeführten Ökobilanz (LCA) und identifizieren Schlüsselfragen, die zu berücksichtigen sind, um Recyclingprozesse zu entwickeln, die zur Entwicklung einer umweltgerechten Recyclingstrategie parallel zur aufstrebenden Traktionsbatterieindustrie beitragen.

Jürgen Sutter: Ökologische Aspekte des Recyclings von Batteriespeichertechnologien

Das Öko-Institut e. V. hat in den letzten Jahren eine Reihe von Ökobilanzierungen zu neuen Verfahren zum Recyling von Li-Ionen-Batterien durchgeführt (Verbundprojekte LiBRi, LithoRec, EcoBatRec). Der Impulsvortrag zeigt wesentliche Ergebnisse der Umweltbewertung und zukünftige Herausforderungen.

Bettina Rutrecht: Aspekte der Batteriekennzeichnung und -identifikation - Herausforderungen für das Recycling

Produkt- und Abfallkennzeichnungen sind besonders für die Weitergabe im End-of-Life von großer Bedeutung. Im Batteriesektor wurde wie schon bei anderen Produktgruppen eine Kennzeichnung standardisiert und umgesetzt. Diese gibt aber für ein ressourceneffizientes und gefahrenminimiertes Recycling zu wenig Auskünfte an die Recyclingunternehmen. Die Herausforderung besteht daher Details zur Batteriechemie, zum Aufbau bzw. zu den Schadstoffen an die abfallwirtschaftlichen Unternehmen zu kommunizieren bzw. diese Informationen standardisiert auf dem Batteriesystem und dem Modulverbund anzubringen. Hierdurch kann ein sicheres, wirtschaftlich effizientes und umweltschonendes Recycling ermöglicht werden.

 

Themenblock „Zukünftige Batteriesysteme und Recyclingprozesse Teil I“

Bettina Rutrecht: Aspekte der Batteriekennzeichnung und -identifikation - Herausforderungen für das Recycling

Produkt- und Abfallkennzeichnungen sind besonders für die Weitergabe im End-of-Life von großer Bedeutung. Im Batteriesektor wurde wie schon bei anderen Produktgruppen eine Kennzeichnung standardisiert und umgesetzt. Diese gibt aber für ein ressourceneffizientes und gefahrenminimiertes Recycling zu wenig Auskünfte an die Recyclingunternehmen. Die Herausforderung besteht daher Details zur Batteriechemie, zum Aufbau bzw. zu den Schadstoffen an die abfallwirtschaftlichen Unternehmen zu kommunizieren bzw. diese Informationen standardisiert auf dem Batteriesystem und dem Modulverbund anzubringen. Hierdurch kann ein sicheres, wirtschaftlich effizientes und umweltschonendes Recycling ermöglicht werden.

Paul Mählitz: Recyclingfähigkeit von Lithiumbatterien

Kernstück einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft ist das Recycling von Produktsystemen, wie z.B. Lithiumbatterien, zur Bereitstellung qualitativ hochwertiger Sekundärrohstoffe. Der Aspekt der Recyclingfähigkeit von Produktsystemen und dessen derzeit noch unklare Bewertung werden in Zukunft einen wichtigen Aspekt zur Auswahl der ökonomisch und ökologisch optimalen Produktalternative darstellen.

Georgios Chryssos: Grenzenlos? - Ökologische und ökonomische Grenzen des Recyclings von Batterien

  • Stoffwelt und Status Recyclingtechnologien für Li-Batterien
  • Entropiebilanz als Maß für die Recycling- und wirtschaftliche Effizienz (?)
  • Forschungs- und Entwicklungsbedarf für die Zukunft

Alexandra Pehlken: Das „Henne-Ei Problem" - Kritischer Exkurs am Beispiel Brennstoffzellen

Der Vortrag behandelt die externen Einflüsse auf den erfolgreichen Markteintritt von Speichertechnologien, was besonders am Beispiel der Brennstoffzelle demonstriert werden kann. Ohne Wasserstoffnetz, keine Brennstoffzelle. Der Einfluss der Politik auf Speichertechnologien ist von immenser Bedeutung und wird durch den Impulsvortrag zur weiteren Diskussion angeregt. Wo sind die Stellschrauben für den erfolgreichen Markteintritt einer vielversprechenden Technologie?

 

Themenblock „Zukünftige Batteriesysteme und Recyclingprozesse Teil II“

Alberto Varzi: All solid state batteries: a new old concept

Seeking for improved safety and energy density, a replacement of lithium-Ion batteries (LIBs) with all-solid-state Li-metal systems can be foreseen in the next decades. However, such paradigm shift requires to take into account the novel cell configurations and materials, which could eventually affect sustainability and recyclability of such batteries. The talk will highlight the most substantial differences with the current LIB technology, both in terms of manufacturing processes and raw materials employed.

Dominic Bresser: Potential battery candidates for the near- to long-term future of electrochemical energy storage

Lithium-ion batteries are the state of the art in electrochemical energy storage. The successful transition to renewable energy sources only, however, requires continuous development efforts to push their energy and power density even further, while simultaneously addressing potential concerns regarding their sustainability. This talk will present the anticipated improvements for the near- to mid-term future, ranging from advanced lithium-ion to lithium metal technologies, and eventually highlight the most promising “beyond lithium” candidates, which may finally replace – or at least complement – lithium-based battery technologies.

Anfahrt und Adresse

Das Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse ist organisatorisch an den Campus Nord des KIT angebunden, sein Standort ist jedoch in der Karlsruher Innenstadt.

Post-Adresse

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS)
Postfach 3640
76021 Karlsruhe

Besucher-Adresse

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS)
Karlstr. 11
76133 Karlsruhe

Anfahrt ITAS
(Bild anklicken zum Vergrössern.)

Kartenansicht in Google Maps und im Campusplan

Anreise mit dem Pkw

Das ITAS liegt zentral in der Stadtmitte von Karlsruhe und ist mit öffentlichen Verkehrsmitteln problemlos zu erreichen. Für die Anfahrt mit dem Pkw beachten Sie bitte, dass das ITAS über keine eigenen Besucherparkplätze verfügt. Park-Empfehlung: Parkhaus Passagehof, Parkhaus Akademiestraße oder Parkhaus Post Galerie.
Parkleitsystem Karlsruhe

Anreise mit Flugzeug und Bahn

Der Flughafen Frankfurt ist 1:10 Stunden mit dem Zug entfernt, der Flughafen Stuttgart ist 1:30 Stunden entfernt. Aufgrund der langsamen Verbindung vom Flughafen Stuttgart über Stuttgart Hauptbahnhof empfiehlt es sich, über den Flughafen Frankfurt zu fliegen. Es gibt ICE-Verbindungen, die vom Flughafen Frankfurt jede Stunde nach Karlsruhe fahren, teilweise müssen dabei die Züge in Mannheim auf der gleichen Plattform gewechselt werden.

Anreise mit der Bahn

Diejenigen, die aus den Niederlanden und Belgien den Karlsruher Hauptbahnhof erreichen wollen, können dies über Köln tun. Aus Frankreich dauert es drei Stunden von Paris (Gare de l'Est), mit dem TGV über Straßburg nach Karlsruhe zu fahren (ohne Umsteigen). Die Schweiz ist über Basel in 1:40 Stunden in Reichweite. Für weitere Informationen siehe auch http://www.karlsruhe-tourismus.de/planen/anreise.

Öffentliche Verkehrsmittel in Karlsruhe

Vom Hauptbahnhof aus dauert es ca. 15 Minuten, zum ITAS zu kommen. Mehrere Straßenbahn- und S-Bahn-Linien bringen Sie bis zur Haltestelle „Europaplatz“ (siehe http://www.kvv.de). Wenn Sie den Bahnhof in Richtung Stadt verlassen, finden Sie vier Gleise auf dem Bahnhofsplatz. Die beste Wahl ist die S-Bahn S1 oder S11 von dem ersten Gleis, nach rechts abgehend (Richtung Neureut, Leopoldshafen oder Hochstetten), steigen Sie an der Haltestelle „Europaplatz“ aus. Von hier aus ist es nur ein kurzer Spaziergang zum ITAS.

 

Karlstrasse 11

Organisation

Dr. Jens Peters; Dr. Marcel Weil

Eine Initiative des Helmholtz-Exzellenznetzwerk „post-Lithium Batteries“

Ausgeführt durch:

  • Helmholtz-Institute Ulm (HIU), Research Group Resources, Recycling, Environment and Sustainability; Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
  • Institute for Technology Assessment and Systems Analysis (ITAS); Karlsruhe Institute of Technology (KIT)

Eine Teilnahme ist nur mit vorhergehender Anmeldung möglich.

 

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