Batterien von Elektro-Autos werden zum Problem für die Umwelt

Birmingham:- Es müssen dringend bessere Methoden für das Recycling von Elektrofahrzeugbatterien entwickelt werden, heißt es in einem in Nature veröffentlichten Übersichtsartikel von Forschern der Universität Birmingham in Großbritannien. Laut dem Papier wurden weltweit 2017 schon rund eine Million Elektrofahrzeuge verkauft. Die allein „produzieren“ 250.000 Tonnen Batterieabfälle, für deren Entsorgung die Recyclinginfrastruktur der Welt schlecht gerüstet ist, berichtet Vice US über die Forscher.

"Es ist wichtig, dass wir Probleme antizipieren, bevor sie auftreten", sagte der leitende Studienautor Gavin Harper, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Faraday Institution der Universität von Birmingham. "Wir haben in der Vergangenheit mit Autoreifen und Kühlschränken gesehen, wie Abfallberge entstehen können, wenn wir keine Abfallbewirtschaftungsprobleme antizipieren." In ihrer Arbeit versuchen Harper und seine Kollegen herauszufinden, wie eine effektive Abfallentsorgungsinfrastruktur für Elektrofahrzeugbatterien aussehen könnte, die neben Lithium auch kritische Metalle wie Mangan, Kupfer und Kobalt enthalten.

Irgendwann erreichen Batterien das Ende ihrer Lebensdauer Wie bei der Unterhaltungselektronik beginnt die Abfallentsorgung damit, die Lebensdauer von Batterien so weit wie möglich zu verlängern. Wenn sie nicht mehr zum Fahren geeignet sind, können sie für andere Arten von Energiespeichern wie Heimbatterien verwendet werden - eine Idee, die Unternehmen bereits weltweit im Pilotversuch durchführen.

Aber irgendwann erreichen diese Batterien das Ende ihrer Lebensdauer und müssen dann recycelt werden. Heute, so Harper, dreht sich der größte Teil des Recyclings darum, die Batterien mithilfe von Wärme zu Schlacke zu schmelzen, gefolgt von chemischen Trenntechniken, mit denen bestimmte Metalle wie Kobalt zurückgewonnen werden. Diese sogenannten pyro- und hydrometallurgischen Techniken sind jedoch energieintensiv, produzieren giftige Gasnebenprodukte und die Materialien, die sie zurückgewinnen, sind oft von geringer Qualität.

Ein besserer Weg, so die Autoren, wäre das direkte Recycling, bei dem Kathoden als Bestandteile von Batterien wieder aufgearbeitet werden, ohne sie in die einzelnen Metalle zu zerlegen. Es ist auch möglich, dass sogenannte Biomining-Mikroben genutzt werden, die Säuren produzieren, mit denen man Metalle aus Gesteinen freigesetzt werden - eine Idee, die die Wissenschaftler auch für den Asteroidenabbau anstreben möchten.

Keine branchenweite Standardisierung in Bezug auf das Design von Elektrofahrzeugbatterien All diese Techniken befinden sich in der Entwicklung an Universitäten, Start-ups und sogar etablierten Unternehmen wie Tesla, die in diesem Jahr die Entwicklung eines Batterierecyclingsystems in ihrer Gigafactory 1 angekündigt haben. Aber es gibt auch große Hürden bei der Skalierung, einschließlich die Kosten und die Komplexität des Recyclings und die vielen Gefahren beim Umgang mit Elektrofahrzeugbatterien. Die Batterien können überhitzen und giftige Gase freisetzen oder - ähnlich wie bei Smartphones - explodieren.

Es gibt auch keine branchenweite Standardisierung in Bezug auf das Design von Elektrofahrzeugbatterien. Da sich die Konfiguration und chemische Zusammensetzung von Batterien ständig weiterentwickelt, müssen alle Recyclingtechnologien, die heute entwickelt werden, anpassungsfähig sein - ein Grund, warum Forscher der Faraday Institution an der Entwicklung künstlicher Intelligenzsysteme arbeiten, mit denen Batterien aller Formen und Größen identifiziert und sortiert werden können.

Unternehmen haben auch die Verantwortung, Batterien zu entwickeln, die für die Rückgewinnung von Ressourcen leicht zerlegt werden können, sagte Payal Sampat, der Leiter des Bergbauprogramms bei der gemeinnützigen Umweltorganisation Earthworks. „Unternehmen müssen die Verantwortung für das Ende der Lebensdauer ihrer Produkte übernehmen - was wiederum bedeutet, dass Produkte besser für die Rückgewinnung von Mineralien ausgelegt sind“, schrieb Sampat.

Batteries of electric cars become a problem for the environment

Millions of tons of lithium-ion batteries will have to be scrapped in the future. Researchers are trying to find out how recycling is possible.

There is an urgent need to develop better methods of recycling electric vehicle batteries, according to a review published in Nature by researchers at the University of Birmingham in the United Kingdom. According to the paper, around one million electric vehicles have already been sold worldwide in 2017. The "produce" alone 250,000 tonnes of battery waste, for the disposal of which the world's recycling infrastructure is poorly equipped, reports Vice US about the researchers.

"It's important that we anticipate problems before they happen," said senior study author Gavin Harper, a research associate at the Faraday Institution of the University of Birmingham. "We've seen in the past, with car tires and refrigerators, how garbage can pile up if we do not anticipate waste management issues." In their work, Harper and his colleagues are trying to figure out what an effective waste management infrastructure could look like for electric vehicle batteries, which in addition to lithium also contain critical metals such as manganese, copper and cobalt.

At some point, batteries reach the end of their lifespan As with consumer electronics, waste management begins by extending the life of batteries as much as possible. If they are no longer suitable for driving, they can be used for other types of energy storage such as home batteries - an idea that companies are already piloting worldwide.

But at some point these batteries will reach the end of their lifespan and then have to be recycled. Today, according to Harper, most of the recycling is about melting the batteries into slag with heat, followed by chemical separation techniques that reclaim certain metals like cobalt. However, these so-called pyro- and hydrometallurgical techniques are energy intensive, produce toxic gas by-products, and the materials they recover are often of low quality.

A better way, according to the authors, would be direct recycling, where cathodes are rebuilt as constituents of batteries without breaking them down into the individual metals. It is also possible to use so-called biomining microbes, which produce acids that release metals from rocks - an idea that scientists also want to pursue for asteroid degradation.

No industry-wide standardization in electric vehicle battery design All of these technologies are under development at universities, start-ups and even established companies like Tesla, which announced the development of a battery recycling system in their Gigafactory 1 this year. But there are also major scaling hurdles, including the cost and complexity of recycling, and the many dangers of using electric vehicle batteries. The batteries can overheat and release toxic gases or explode - much like smartphones.

There is also no industry-wide standardization in the design of electric vehicle batteries. As the configuration and chemistry of batteries continues to evolve, all the recycling technologies that are being developed today must be adaptable - a reason why Faraday Institution researchers are working to develop artificial intelligence systems that identify and sort batteries of all shapes and sizes can.

Enterprises also have a responsibility to develop batteries that can be easily disassembled for resource recovery, said Payal Sampat, head of the mining program at Earthworks, a non-profit environmental organization. "Enterprises need to take responsibility for the end of life of their products - which in turn means that products are better suited for the recovery of minerals," Sampat wrote.