Hierzu werden Technologien und Fähigkeiten der Arbeitsgruppen „Hydrometallurgisches Recycling und Rohstoffchemie“, von Frau Dr. Sandra Pavón Regaña und Herrn Prof. Martin Bertau am Standort in Freiberg, sowie den elektrochemischen Möglichkeiten der Arbeitsgruppe „Elektrochemie“, von Herrn Dr. Michael Schneider am Standort in Dresden, kombiniert. 

Die beiden Referenten wählten als Beispiel das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien. Für den Recyclingprozess existieren unterschiedliche Verfahrensstrategien. Die Wahl ist abhängig von der vorhandenen Infrastruktur, der gewünschten Recyclingquote, der Zellchemie, dem Zustand der Zelle und weiteren Faktoren. Am Anfang des Prozesses stehen folgende Schritte:

• Die Sortierung der Zellchemie (NMC, LFP, …)
• Die Entladung der Module. Das erfolgt oft manuell und die Restenergie wird vom Recycler genutzt.
• Die Demontage des Moduls in Zellen, Gehäuse, Kabel und Elektronik wie das BMS. Hierbei wird ein erheblicher Teil der aktuell geforderten Recyclingquote erreicht.

Die weiteren Schritte erfolgen durch eine unterschiedliche Kombination und Verkettung von folgenden Prozessen:

• Mechanische Aufbereitung mittels physikalischer Trennverfahren (Zerkleinern, Sieben, …).
• Thermische Verfahren wie die Pyrolyse unterhalb des Schmelzpunktes von Aluminium.
• Pyrometallurgie zur Überführung des Recyclinggutes in hochwerthaltige Legierungen und Schlacke.
• Hydrometallurgie wie die Laugung von Schwarzmasse mit nachfolgenden Trennverfahren. 

Aktuell gibt es noch nicht „die eine Prozessstrategie“ für das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien. Die Hydrometallurgie zeichnet sich positiv durch geringe Temperaturen, hohe Ausbeuten und Reinheit aus. Nachteilig ist die Sensibilität für die Stoffchemie und der hohe Chemikalienverbrauch. 

Die elektrochemische Gewinnung ermöglicht die Anzahl der Prozessschritte und den Chemikalienverbrauch zu reduzieren. Claudia Kutzer-Schulze demonstrierte das anschaulich an einem Mischelektrolyten, bestehend aus den typischsten Elementen (Co, Ni, Mn, Cu, Al, …) nach einer Batterieschwarzmasselaugung. Unter Verwendung eines Metallschaums und dem Komplexbildner Citrat können die Mischelektrolyte gezielt elementspezifisch abgereichert werden. So gelingt es die welthaltigsten Metalle Cu, Ni und Co aus Modell- sowie hydrometallurgischen Prozesslösungen abzutrennen. Das erlaubt es, in Kombination mit weiteren hydrometallurgischen Verfahren, wie der Flüssig-Flüssig-Extraktion oder Elektrodialyse, hohe Ausbeuten und Reinheit zu erzielen. 

Die Bezirksgruppe Sachsen dankt den beiden Referenten für die Einblicke in die Hydrometallurgie und elektrochemische Gewinnung sowie die angeregte Diskussion mit dem Auditorium.