A research team at TU Bergakademie Freiberg is using a new shredder system to investigate how battery cells can be shredded in such a way that as many of the raw materials they contain can be efficiently recovered. In the new plant, the researchers are also capturing highly volatile substances that were previously lost. Sensors and cameras record the processes and send the data to a database for analysis by artificial intelligence. This will make recycling more efficient and economically more attractive. This makes TU Bergakademie Freiberg the first research institution in Germany to conduct recycling research on an online-capable shredder system in conjunction with a special research database. This database not only collects the results from the plant, but also brings together a lot of other data from the TU Bergakademie and its partners at the Freiberg site, such as the Helmholtz Institute Freiberg and Fraunhofer THM.
Die TU Bergakademie Freiberg ist damit die erste Forschungseinrichtung in Deutschland, die Recycling-Forschung an einer onlinefähigen Shredder-Anlage in Verbindung mit einer speziellen Forschungsdatenbank betreibt. In dieser Datenbank werden nicht nur die Ergebnisse aus der Anlage gesammelt, sondern auch viele weitere Daten von der TU Bergakademie und ihren Partnern am Standort Freiberg, wie dem Helmholtz-Institut Freiberg und dem Fraunhofer THM, zusammengeführt.
Die neue Schredder-Anlage ermöglicht es, ausgediente Batteriezellen bis zu einem Gewicht von 2.500 g in einem Schritt zu zerkleinern. Dabei entstehen Partikel zwischen 0 und 20 mm, insbesondere feine Partikel, die sogenannte Schwarzmasse. Diese enthält die wertvollen Rohstoffe Nickel, Kobalt und Lithium. „Unser Ziel ist es, diese Materialien möglichst vollständig zu gewinnen. Ab 2027 beziehungsweise 2031 wird dies durch die Neufassung der europäischen Batterieverordnung für die Entsorgung und Wiederverwertung von Batterieabfällen erforderlich. Wichtig ist in diesem Zusammenhang die Qualität der Schwarzmasse. Verunreinigungen durch weitere Bestandteile der Batteriezelle wie Aluminium, Kupfer oder Kunststoff sollen vermieden werden. Die neue Anlage ermöglicht es uns, umfangreiche experimentelle Studien durchzuführen und so die Qualität der Schwarzmasse zu optimieren“, sagt Professor Urs Peuker, Direktor des Instituts für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik an der TU Bergakademie Freiberg.
Entladene Batterien sicher zerkleinern
Die neue Shredder-Technologie kann sowohl für Gerätebatterien aus Powertools oder E-Bikes als auch für größere Zellen aus Elektro- und Hybridfahrzeugen genutzt werden. Die finale Schwarzmasse wird durch weitere, an der TU Bergakademie Freiberg verfügbare, im Pilotmaßstab durchgeführte Schritte, wie Sieben, Sichten oder Magnetscheidung, erzeugt. Der nun verfügbare Shredder ist ein wichtiger Schritt, der das sichere und nachhaltige Zerkleinern entladener Batterien ermöglicht.
„Ein weiterer Vorteil der Anlage ist die geschlossene Bauweise. Die leichtflüchtigen Elektrolyte, die beim Zerkleinern der Batterien austreten, können damit wiedergewonnen werden. Dadurch steigt zum einen die Prozesssicherheit und zum anderen die Recyclingquote aller Bestandteile“, erklärt Alexandra Kaas, Gruppenleiterin für Recycling.
Komplexe Batterien erfordern neue Recycling-Prozesse
Im Sommer begannen die ersten Tests zum Schreddern der Batterien. Neue Sensoren sollen bald für die Anbindung der Shredder-Anlage an Datenbanken und die Datenanalyse mittels künstlicher Intelligenz sorgen. „Batterie-Recycling, ist komplexer geworden – die klassischen einfachen Methoden und Werkzeuge stoßen an ihre Grenzen. An der für Sachsen wichtigen Leittechnologie der Elektromobilität entwickeln und demonstrieren wir die Zukunft der Recycling-Technologien“, erklärt Peuker. „Das geht nur mit Live-Datenerfassung, Big Data und KI!“