Sind recycelte Batteriemetalle genauso effektiv wie neu abgebaute?

Viele Aspekte des modernen Lebens hängen von einer ständigen Energieversorgung ab. Das „Mooresche Gesetz“1 hat dazu geführt, dass wir erwarten, praktisch immer mehr Rechenleistung zu erhalten, und ähnliche Erwartungen können wir auch für die Zukunft der Energiespeicherung haben. Der entscheidende Punkt im Jahr 2022 ist: Woher werden wir alle benötigten Metalle beziehen? Die Energiespeicherung kann sich auf verschiedenen Wegen weiterentwickeln Denken Sie an drei verschiedene mögliche Anwendungsfälle: Ein leistungsstarkes Elektrofahrzeug. Hier liegt das Hauptaugenmerk auf der Energiedichte und der Reichweite, wobei davon ausgegangen wird, dass die Ladung in einem regelmäßigen Zyklus erfolgen kann, z. B. während der Besitzer nachts schläft. Die Batterie kann groß und etwas schwer sein, aber diese Spezifikationen hängen weitgehend von anderen Details über das spezifische Fahrzeug ab. Größe und Gewicht wären sicherlich nicht unbegrenzt. Stabilisierung der Versorgung eines Stromnetzes, das von intermittierenden Quellen gespeist wird. Die Welt sieht die Vorteile von emissionsfreien Energiequellen wie Wind und Sonne, aber wir wissen, dass der Wind nicht immer konstant weht und die Sonne nicht immer scheint. Extrem große Batterien, die effektiv Energie für Tage, wenn nicht Wochen speichern können, könnten hier nützlich sein. Größe und Gewicht spielen hier nicht unbedingt eine Rolle, da die Batterie selbst stationär ist. Eine speziell entwickelte Batterie, die ein kleines Gerät mit Strom versorgt. Bei einem tragbaren Gerät zur Gesundheitsüberwachung könnten beispielsweise Effizienz und Gewicht im Vordergrund stehen. Da das Spektrum der Anwendungsfälle so vielfältig ist, erwarten wir auch eine Vielzahl von Lösungen für die Energiespeicherung. Seit etwa drei Jahrzehnten ist die Lithium-Ionen-Technologie vorherrschend, aber die Zukunft könnte viele verschiedene Technologien unterstützen. Denken Sie an die Akkulaufzeit? Fokus auf die Kathode Wenn wir die Batterien einer Fernbedienung oder eines Rauchmelders wechseln, sehen wir die Zeichen + und -: Das negative Zeichen oder der negative Anschluss ist die so genannte „Anode“. Das positive Zeichen oder der positive Anschluss ist die so genannte „Kathode“. Jede Batterie muss Elektronen in Bewegung setzen, um Strom zu liefern. Im Betrieb bewegen sich die Elektronen von der Anode zur Kathode, beim Laden kehren sie sich um. Es ist jedoch bekannt, dass Batterien nicht unendlich oft geladen und wieder aufgeladen werden können, und die Ursache für diese Probleme liegt in der Regel bei der Kathode. Ein Großteil der Forschung in der Batterieentwicklung hat sich mit der Frage beschäftigt, welche Elemente und welche Arten von Strukturen in der Kathode am besten funktionieren. Bei der Konfiguration NMC 811 handelt es sich beispielsweise um Nickel-Mangan-Kobalt mit 8 Einheiten Nickel, 1 Einheit Mangan und 1 Einheit Kobalt. Damit werden bestimmte wirtschaftliche und beschaffungsspezifische Belange abgedeckt und gleichzeitig die Anforderungen an Sicherheit und Energiedichte ausgeglichen. Da die atomare Struktur innerhalb der Kathode durch den Gebrauch und die Wiederverwendung unter Stress gerät, ist dies der Punkt, an dem wir feststellen, dass die Lebensdauer und die Ladeleistung des Akkus möglicherweise nicht mehr dem entsprechen, was wir im Neuzustand beobachtet haben2. Sind Metalle unabhängig von ihrer Herkunft? Das Nickel, Mangan und Kobalt, das in einer Batterie verwendet werden soll, kann von unterschiedlicher Herkunft sein. Es könnte direkt aus Minen stammen, da es noch nie in einer anderen Batterie verwendet wurde. Ebenso könnte es aus einer Mischung von recycelten Produkten stammen, da es nicht immer einfach ist, mehr von diesen Materialien zu gewinnen. Gibt es einen Unterschied? Heißt das, dass man erwarten sollte, dass die Leistung qualitativ geringer ausfällt, wenn die Quelle der Batteriemetalle recycelt wird? Logischerweise müssten die Atome der verschiedenen Metalle unabhängig von ihrer Herkunft gleich sein, aber das lässt sich sicher überprüfen3. Redwood Materials ist ein Unternehmen, das sich der nachhaltigen Herstellung von Batteriemetallen verschrieben hat und einen immer größeren Teil des benötigten Materials aus recyceltem Material bezieht. Die Materials Research Group der Argonne National Laboratories hat kürzlich die Leistung von NHochnickelkathoden wie der bereits erwähnten NMC-811 getestet, um festzustellen, ob es einen Leistungsunterschied zwischen neu gewonnenen Metallen und recycelten Metallen gibt4. Die Ergebnisse dieses Tests zeigten, dass die Leistung von Redwoods recycelten Materialien bei der Verwendung in der Batteriekonstruktion nicht von der neuer Metalle zu unterscheiden war5. Wir können nicht sagen, dass dies sofort zu einer explosionsartigen Zunahme des Batterierecyclings führen wird, aber es ist ein wichtiger Schritt, der die Glaubwürdigkeit der Tatsache erhöht, dass Leistung und Sicherheit, wenn sie an erster Stelle stehen, genauso gut mit recycelten Materialien erreicht werden können. Fazit: Recycling hat interessante Auswirkungen auf die Lieferkette Jeder, der die weltweite Batterieproduktion verfolgt, wird irgendwann feststellen, dass China der Hauptakteur ist, der derzeit etwa 78 Prozent des Kathodenmaterials herstellt6. Wir dürfen nicht vergessen, dass die Metallerze nicht einfach aus dem Boden kommen und in eine Batterie wandern – es gibt viele Verarbeitungsschritte, die durchgeführt werden müssen. Auf dem derzeitigen Weg könnte dieser Anteil bis zum Jahr 2030 auf 90 Prozent ansteigen, selbst wenn die USA Anstrengungen unternehmen, in ihre eigenen internen Kapazitäten zu investieren und diese auszubauen. China hat sich einen Vorteil verschafft: Da die Versorgungskette im eigenen Land angesiedelt ist, verfügt das Land über ein zentralisiertes Fachwissen und kann Rohstoffe und Metallschrott schneller und wirtschaftlicher aufspalten und in die erforderliche Kathodenstruktur bringen. China ist auf dem besten Weg, bei den Batteriemineralien und der Produktion einen ähnlichen Stand zu erreichen wie Taiwan heute bei den Halbleitern7. Redwood Materials ist ein Beispiel für ein US-amerikanisches Unternehmen, das interessante Schritte unternimmt, indem es vom reinen Verkauf von Rohstoffen an andere Anbieter zur Produktion eigener Kathodenmaterialien übergeht. Das Unternehmen hat sogar eine Investition in Höhe von 3,5 USD über einen Zeitraum von zehn Jahren in Reno, Nevada, angekündigt, wo es bis zum Jahr 2025 genügend Kathodenmaterial für 100 Gigawattstunden Batteriezellen produzieren will, was in etwa dem entspricht, was CATL, Chinas dominierender Produzent, im letzten Jahr hergestellt hat8. Die Nachfrage nach Recycling ist zwar groß, da der Markt bis zum Jahr 2022 in vielen Branchen nachhaltige Lösungen vorantreibt, doch gibt es in diesem frühen Stadium der Entwicklung der Branche auch Risiken. Ein Risiko besteht darin, ob ein Unternehmen wie Redwood die Produktion hochreiner Metalle steigern kann, da der Reinheitsgrad einen Unterschied in der Batterieleistung ausmacht. Die Struktur der Metalle in den Kathoden muss sehr genau sein. Hinzu kommt, dass viele Elektrofahrzeuge noch recht neu sind, so dass es noch keine großen Mengen an Autobatterien zu recyceln gibt. Das Batterierecycling befindet sich an einem interessanten, frühen Punkt in seiner historischen Entwicklung, und wir glauben, dass es ein wichtiges Glied in der breiteren Wertschöpfungskette der Energiespeicherung sein könnte, wenn der Trend in Zukunft zunimmt9. Quellen1 Das Mooresche Gesetz (Gordon Moore, 1965) besagt, dass sich die Zahl der Transistoren auf Mikrochips etwa alle zwei Jahre verdoppelt. Dieses Phänomen deutet darauf hin, dass der rechnerische Fortschritt mit der Zeit immer schneller und effizienter wird.2 Quelle: Barber, Gregory. "Recycles Battery Materials Can Work as Well as New Ones". (Recycelte Batteriematerialien können genauso gut funktionieren wie neue). WIRED. 13. Oktober 2022.3 Quelle: Barber, 13. Oktober 2022.4 Pressemeldung: “U.S. Department of Energy’s Argonne National Laboratory verifies performance of Redwood cathode from recycled content.” ("Das Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums prüft die Leistung von Redwood-Kathoden aus recyceltem Material). Redwood Materials. 13. Oktober 2022.5 Pressemitteilung: Redwood Materials. 13. Oktober 2022.6 Quelle: Barber, 13. Oktober 2022.7 Quelle: Barber, 13. Oktober 2022.8 Quelle: Barber, 13. Oktober 2022.9 Quelle: Barber, 13. Oktober 2022. Zudem könnte Sie folgende Lektüre interessieren...+ Das Recycling von Batterien wird ein wichtiger Bestandteil der Energiewende sein ]]>