Batterien effizient zu recyceln und die zurückgewonnenen Materialien wieder in die Produktion zu integrieren, stellt die Industrie immer noch vor ein scheinbar unlösbares Problem. Weltweit suchen Forscher deswegen nach neuartigen Methoden. Eine von ihnen ist Anna Vanderbruggen. Die Doktorandin am Helmholtz-Institut für Ressourcentechnologie Freiberg (HIF) – einer Einrichtung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) – konnte ein Konzept entwickeln, um Graphit aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien zu recyceln.
Die Elektromobilität steigert die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien – und führt weltweit zu einem enormen Bedarf an kritischen Materialien, wie Nickel, Kobalt, Lithium und Graphit, die zum einen nicht unendlich auf unserer Erde vorkommen, und zum anderen häufig unter schlechten Bedingungen abgebaut werden. Daher ist die Entwicklung effizienter Recyclingtechnologien und die Integration der zurückgewonnenen Materialien in die Batteriezellenproduktion zwingend erforderlich. Ziel ist es, mit effizienten Ansätzen Materialkreisläufe zu schließen.
Ein für Lithium-Ionen-Batterien sehr relevantes, aber auch äußerst kritisches Material ist Graphit. Durch die Energiewende im Mobilitätsbereich wird Graphit eines der bestimmenden Materialien bei der Batterieproduktion in den nächsten Jahrzehnten bleiben. Natürliche Lagerstätten von Graphit, welche wirtschaftlich abgebaut werden können, sind jedoch selten. Darüber hinaus können Recyclingunternehmen derzeit Graphit nicht zurückgewinnen. Daher endet es während des Recyclingprozesses als Abfall oder wird als Reduktionsmittel verwendet. Anna Vanderbruggen hat sich dieser Herausforderung des Graphitrecyclings gestellt und ein Konzept zur „Rückgewinnung von Graphit aus verbrauchten Lithiumionenbatterien“ entwickelt, das auch Thema ihrer Doktorarbeit ist.
„Mein Ansatz nutzt die in der Rohstoffindustrie bewährte Methode der Schaumflotation, um Graphit zu recyceln. Die Schaumflotation ist ein etablierter und effizienter Prozess für die Trennung wertvoller Mineralien von taubem Gestein für Partikelgrößen von etwa 10 bis 200 Mikrometer. Der Prozess basiert auf der selektiven Hydrophobierung, also wasserabweisenden Eigenschaft, von Mineralen und der Anhaftung dieser Partikel an Gasblasen, welche anschließend über einen Schaum ausgetragen werden. Daher sind Oberflächen-, aber auch andere Partikeleigenschaften wie Größe und Morphologie, die wesentlichen Trennmerkmale für die Schaumflotation. Das Hinzufügen einer Schaumflotationsstufe ermöglicht die gemeinsame Rückgewinnung der Metalle und des Graphits“, erklärt Anna Vanderbruggen ihren Ansatz.