Präzise Charakterisierung von Schwarzmassen als Schlüssel für effizientes Batterie Recycling
Die aktuelle EU-Batterieverordnung schreibt ambitionierte Recycling-Quoten
vor. Zentrale Voraussetzungen für effizientes Batterierecycling sind
jedoch intelligente Recyclingprozesse, die verlässliche Bewertung und die
hochwertige Aufbereitung von Recyclingmaterialien aus Lithium-Ionen-
Batterien. Mit dem Projekt SHERLOCK startete nun ein Forschungsvorhaben,
das diese Herausforderungen angehen will, ein weiterer Baustein auf dem
Weg zu einer wirtschaftlichen und nachhaltigen Kreislaufführung von
Batterien.
Angesichts begrenzter Ressourcenverfügbarkeit und steigender
regulatorischer Anforderungen gewinnt das Batterierecycling weiter an
Bedeutung. Für deutsche und europäische Elektromobilitäts-Anbieter ist
eine resiliente, nachhaltige Wertschöpfungskette entscheidend.
Neben leistungsfähigen Recyclingverfahren rückt dabei insbesondere die
analytisch belastbare Charakterisierung von Prozesszwischenprodukten in
den Fokus. Ein solches zentrales Zwischenprodukt ist die sogenannte
Schwarzmasse. Das feinkörnige Material enthält wertvolle Elemente wie
Lithium, Nickel, Kobalt und Graphit, seine Zusammensetzung variiert jedoch
stark in Abhängigkeit von Batterietyp, Alterungszustand, Nutzungshistorie
und Recyclingprozess. Diese Variabilität sowie vorhandene Verunreinigungen
erschweren bislang die Weiterverarbeitung und können zu Effizienzverlusten
oder Qualitätseinbußen bei Rezyklaten führen.
Entwicklung standardisierter Güteklassen für Recyclingprodukt
»Schwarzmasse«
Hier setzt SHERLOCK an: Das Projekt entwickelt neue Analyse- und
Charakterisierungsmethoden, die eine präzise und reproduzierbare Bewertung
von Schwarzmassen ermöglichen. Ziel ist es, standardisierte Güteklassen zu
definieren und konkrete Empfehlungen für nachgelagerte Recyclingprozesse
abzuleiten. Grundlage der Arbeiten sind sowohl reale industrielle
Schwarzmassen als auch gezielt hergestellte Modellmaterialien mit
definierten Eigenschaften. Sie ermöglichen es, die Auswirkungen
spezifischer Verunreinigungen systematisch zu untersuchen und analytische
Verfahren gezielt zu validieren.
Ein besonderer Fokus liegt auf der Untersuchung der Einflüsse von
Störstoffen auf direkte und hydrometallurgische Recyclingverfahren. Daraus
entsteht ein umfassender Kriterienkatalog zur Bewertung von Schwarzmassen,
der künftig eine prozessoptimierte Auswahl von Recyclingpfaden erlaubt.
Parallel werden neue Verfahren zur gezielten Entfernung von
Verunreinigungen entwickelt, um die Qualität der zurückgewonnenen
Rohstoffe signifikant zu steigern.
Innovative Analysemethoden spielen dabei eine zentrale Rolle. Neben
etablierten Verfahren wie Synchrotron-Röntgenfluoreszenz
Totalreflexions-Röntgenfluores
Emissionsspektrometrie bzw. Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem
Plasma (ICP-OES/MS) werden im Projekt unter anderem zeitbereichsbasierte
Kernspinresonanz (TD-NMR), Magnetpartikelspektroskopie (MPS/COMPASS) sowie
die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) eingesetzt. Diese Methoden
ermöglichen eine detaillierte Charakterisierung struktureller,
magnetischer und chemischer Eigenschaften von Schwarzmassen und liefern
wertvolle Informationen zur Zusammensetzung, Reinheit, Heterogenität und
zum Gefährdungspotenzial von Schwarzmassen. Dadurch können Materialströme
gezielter klassifiziert, sicherheitstechnisch bewertet und einer
hochwertigen Weiterverarbeitung zugeführt werden.
Übertragbare und skalierbare Methodik
Als wesentliches Projektergebnis wird eine technische Spezifikation
erarbeitet, die standardisierte Richtlinien für Probenvorbereitung,
Kalibrierungsstrategien und Messbedingungen definiert. Damit schafft
SHERLOCK die Grundlage für eine übertragbare und industriell skalierbare
Analytik, die sowohl in Forschungslaboren als auch in der Praxis
zuverlässig eingesetzt werden kann. Diese Spezifikation soll auch in DIN-
und ISO-Normungsausschüsse eingebracht werden.
Darüber hinaus bewertet das Projekt das Potenzial hybrider
Recyclingprozessketten, die direkte und hydrometallurgische Ansätze
gezielt kombinieren. Ziel ist es, Synergien zu nutzen und die Effizienz
der Materialrückgewinnung weiter zu steigern.
Starkes Konsortium entlang der Wertschöpfungskette
Am Projekt beteiligt sind die Universität Münster (MEET
Batterieforschungszentrum), die Physikalisch-Technische Bundesanstalt
(Berlin), die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (Berlin),
das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (Würzburg), das Öko-Institut
e.V. (Darmstadt) sowie die Industriepartner Pure Devices GmbH und phase
VISION GmbH (beide Rimpar). Unterstützt wird das Konsortium durch
assoziierte Partner aus der Recyclingbranche, die das Projekt mit
Schwarzmassen aus deren Recyclingprozessen versorgen und das Projekt
thematisch beratend unterstützen.
Mit SHERLOCK wird ein entscheidender Schritt hin zu einer
datengetriebenen, qualitätsgesicherten Kreislaufwirtschaft im
Batterierecycling ermöglicht. Und auch zur Reduktion von
Treibhausgasemissionen um bis zu 25 Prozent können der optimierte
Recyclingprozess und die effiziente Rückführung von Sekundärrohstoffen in
den Produktionskreislauf beitragen. Das Projekt stärkt die technologische
Souveränität der Industrie und leistet einen wichtigen Beitrag zur
nachhaltigen Transformation der Elektromobilität.
Projektinformation
SHERLOCK - Systematische und hochpräzise Evaluierung von Schwarzmassen aus
dem Recycling von Lithium-Ionen-Batterien sowie Aufbereitung für eine
optimierte und clevere Kreislaufführung
Förderkennzeichen: FKZ 03XPB043A-G
Laufzeit: 04/2026 – 03/2029
Projektvolumen: 2.652 T€
Partner: Pure Devices GmbH (Projektkoordination), phase VISION GmbH,
Universität Münster - MEET Batterieforschungszentrum, Öko-Institut e.V.,
Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bundesanstalt für Materialforschung
und -prüfung, Fraunhofer ISC (Co-Koordination)
Über das Fraunhofer ISC und die Fraunhofer-Gesellschaft
Materialwissen ist entscheidend für nachhaltige Produktinnovationen. Das
Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg konzentriert sich
auf chemische Materialforschung und entwickelt Lösungen für nachhaltige
Materialien sowie ressourcenschonende Herstellungs- und
Verarbeitungsprozesse. Ein besonderer Fokus liegt auf der Entwicklung
nachhaltiger Batteriematerialien und Recyclingverfahren. Dazu zählen
insbesondere die funktionserhaltende Rückgewinnung von Batteriematerialien
und die Entwicklung effizienter Prozesse für eine zukunftsfähige
Kreislaufwirtschaft. Mit dem Fraunhofer-Forschungszentrum für
Elektromobilität Bayern FZEB verfügt es über eine der größten Batterie-
Forschungsgruppen innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft.
Die Fraunhofer-Gesellschaft ist eine der führenden Organisationen für
anwendungsorientierte Forschung mit Forschungsschwerpunkten in
zukunftsrelevanten Schlüsseltechnologien und dem Transfer von
Forschungsergebnissen in die Industrie zur Stärkung unseres
Wirtschaftsstandorts und zum Wohle unserer Gesellschaft. Die 1949
gegründete Organisation betreibt in Deutschland derzeit 74 Institute und
Forschungseinrichtungen. Die rund 30 000 Mitarbeitenden, überwiegend mit
natur- oder ingenieurwissenschaftlicher Ausbildung, erarbeiten das
jährliche Finanzvolumen von 3,6 Mrd. €. Davon fallen 3,2 Mrd. € auf den
Bereich Vertragsforschung.
