Chasing Black Mass: Inside the Electric Vehicle Battery Recycling Process

Die Recyclingtechnologie und -infrastruktur für Elektrofahrzeugbatterien hat sich in den letzten zehn Jahren schnell weiterentwickelt, wobei neue Unternehmen entstanden sind, um eine Zukunft zu vermeiden, in der sich Altbatterien von Elektrofahrzeugen auf Mülldeponien häufen, grüne Schmiere in den Boden sickern und giftige Dämpfe in die Umwelt freisetzen Luft.

Für Marken wie BMW, Mercedes, Honda, Jaguar und Land Rover findet bereits ein geschlossener Kreislauf in großem Umfang statt, dank Unternehmen, die mit einer Menge Patenten und zig Millionen Dollar auf Bundesebene bewaffnet sind Finanzierung(Öffnet in einem neuen Fenster).

Damit sich ein Elektrofahrzeug im Jahr 2023 für die volle Steuergutschrift von 7.500 US-Dollar qualifiziert, müssen 40 % der wichtigsten Mineralien seiner Batterie in Nordamerika entweder abgebaut oder recycelt werden. „Der politische Fokus darauf war wirklich interessant“, sagt Ajay Kochhar, CEO des Batterierecyclers Li-Cycle, gegenüber PCMag. “Vor vier Jahren dachten die Leute: ‘Batterierecycling, was ist das?’ Aber jetzt ist es Mainstream.”

Ausgewählte Mineralien in Batterien – hauptsächlich Kobalt, Lithium, Mangan und Nickel – sind teuer, endlich und werden größtenteils von ausländischen Unternehmen gekauft. Recycling kann die Kosten der Batterie (und des Fahrzeugs selbst) senken, die Lieferkette verkürzen und Arbeitsplätze im Inland schaffen, während gleichzeitig die Notwendigkeit verringert wird, mehr aus der Erde zu gewinnen – ein seltener Fall, in dem Unternehmen auf Umweltschutz treffen, was bedeutet, dass das Recycling von Elektrofahrzeugen hier wahrscheinlich ist bleiben.

Für einen Einblick in die Funktionsweise des Prozesses unterhielt sich PCMag mit Kochhar und Mike O’Kronley, CEO von Elemente aufsteigen(Öffnet in einem neuen Fenster)ein weiterer großer US-Batterierecycler.

Die Wiederverwendung von Autoteilen und Batterien ist nicht neu

(Bildnachweis: mustafabilgesatkin / Getty Images)

So einzigartig das EV-Recyclinggeschäft auch ist, die Wiederverwendung von Autoteilen ist alles andere als eine neue Idee. Die Karosserie der meisten Fahrzeuge auf der Straße besteht heute zu einem hohen Prozentsatz aus recyceltem Stahl aus beschlagnahmten Fahrzeugen.

“Alle Autos werden im Wesentlichen zerkleinert und geschreddert, und dann wird der gesamte Stahl recycelt und geht direkt wieder in neue Autos”, sagt O’Kronley von Ascend Element. „Diese Industrie ist bereits da. Was sich also entwickeln muss, ist das Recycling für die Metalle in den Lithium-Ionen-Batterien [to] zurück in die Lieferkette bringen. Das tun wir.”

(Bildnachweis: Andrey Mitrofanov / Getty Images)

Nur etwa 20 bis 30 % der Unterhaltungselektronik, von Telefonen bis zu Laptops, werden recycelt, „da es darauf ankommt, dass der Verbraucher sie abgibt“, sagt Kochhar von Li-Cycle. „Ich denke, wir können bei EV-Batterien ziemlich schnell 80-90 % Recycling erreichen. Es ist mehr B2B, sodass die Autos leichter in etablierte Recyclingkanäle gelangen.“

Die äußerst wertvollen Mineralien in EV-Batterien sind auch „unendlich recycelbar“, sagt O’Kronley. Ihre Leistung lässt mit der Zeit nicht nach, da es sich um Basiselemente handelt – direkt aus dem Periodensystem des Chemieunterrichts: Li, Co, Ni, Mn. Der Recyclingprozess gewinnt sie in einer als „schwarze Masse“ bekannten Pulverform zurück und verjüngt sie dann wie das Aufplustern eines Kissens.

Ascend Elements erkannte die Möglichkeit, diese Mineralien zurückzugewinnen und weiterzuverkaufen, und eröffnete 2015 ein Geschäft, gefolgt von Li-Cycle im Jahr 2016. Ein weiterer großer, Redwood-Materialien(Öffnet in einem neuen Fenster), eröffnet im Jahr 2017, angeführt von einem Tesla-Mitbegründer. Diese drei Unternehmen – nur einige davon viele(Öffnet in einem neuen Fenster)– betreiben fast ein Dutzend Einrichtungen zusammen, hauptsächlich in den USA.

Erfindung neuer Recyclingmethoden für EV-Batterien

(Bildnachweis: Washington Post / Mitwirkender / Getty Images)

Diese Einrichtungen nehmen Batterien aus verschiedenen Quellen auf: Altfahrzeuge, Batterierückrufe, alte Energiespeicherprodukte und Produktionsschrott.

„Wenn Sie heute unser Lager betreten würden, ist es wie ein Meer aus Batterien“, sagt Kochhar. „Wir bestehen zu etwa 50 % aus vollen EV-Batteriepaketen, zu 25 % aus Energiespeicherbatterien und dann aus Unterhaltungselektronik und Fertigungsschrott, der schnell wächst.“

Die größte Rohstoffquelle von Ascend Elements ist Produktionsabfall. „Es ist, als ob beim Plätzchenbacken Teigreste außerhalb des Ausstechers liegen, den man idealerweise nicht wegwerfen möchte“, sagt O’Kronley. “Du willst es wiederverwenden.”

Für eine einfache Schrottsammlung verfügen beide Unternehmen über Einrichtungen in der Nähe großer Automobilhersteller. Li-Cycle hat ein Werk in Alabama in der Nähe eines Mercedes-Benz-Werks und ein weiteres in der Nähe von Volkswagen in Ontario, Kanada. Das Werk von Ascend Elements in Kentucky befindet sich in der Nähe einer großen Batteriefabrik von Ford.

Links: Dhiren Mistry, Ingenieur für Batteriematerialien bei Ascend Elements, testet eine wässrige Lösung, die zurückgewonnene Batterieelemente enthält. Rechts: CEO Mike O’Kronley spricht bei der Eröffnung des Werks in Covington, GA. (Bildnachweis: Ascend Elements)

„Wir nehmen die Batterien und legen sie in einen sehr großen Aktenvernichter“, sagt O’Kronley über den Prozess von Ascend Elements. „Es wird in kleine Stücke zermahlen und Stücke gehen durch ein Sieb, wie ein Sieb, sodass alles, was wirklich klein ist, oder Pulver auf den Boden fällt.“

Größere Teile – wie Aluminium, Kupfer, Kunststoff und Stahl – werden getrennt. „Wir recyceln alles aus der Packung“, sagt er.

Schwarze Masse bleibt jedoch der zentrale Fokus des Prozesses. Beide Unternehmen haben mehrere Patente auf Verfahren zur Rückgewinnung und Bereitstellung schwarzer Masse für die Verwendung in einer neuen Batterie. „Fünfundneunzig Prozent oder mehr der von Ihnen eingesetzten Materialien sind recycelbar, aber 10-15 % der Batteriemasse sind bei weitem am wertvollsten“, sagt Kochhar.

Dieser wertvollste Teil kommt von der Kathode. Alle Batterien haben zwei Hauptkomponenten: die Kathode und die Anode. Zwischen ihnen fließt Energie, um Strom zu erzeugen. Die Anode besteht vollständig aus billigerem Graphit, aber die Kathode ist das Geld: Sie enthält Kobalt, Lithium, Mangan und Nickel.

Letzten Monat Ascend Elements geöffnet(Öffnet in einem neuen Fenster) ein neues Werk in Georgia, eines der größten in Nordamerika. Es kann bis zu 70.000 EV-Batterien pro Jahr verarbeiten und gleichzeitig „den CO2-Fußabdruck neuer Kathodenmaterialien für Elektrofahrzeugbatterien um bis zu 90 % reduzieren“, sagt Ascend Elements.

Später in diesem Jahr wird Li-Cycle seine bisher größte Anlage in Rochester, New York, eröffnen. Das 65 Hektar große Gelände befindet sich derzeit im Bau, aber „wird in der Lage sein, jährlich 35.000 Tonnen schwarze Masse zu verarbeiten, mit Batteriematerialien, die ungefähr 225.000 Elektrofahrzeugen entsprechen“, so Li-Cycle sagt(Öffnet in einem neuen Fenster).

„Nicht alle Recycling ist gleich“: Weniger nachhaltige Versionen

Einige Methoden zum Extrahieren von schwarzer Masse aus einer alten Batterie sind weniger umweltfreundlich. „Recycling ist nicht gleich Recycling, und es gibt viele Schritte in der Vor- und Nachverarbeitung“, sagt Kochhar.

In Anlehnung an andere Recyclingindustrien legen einige Recycler EV-Batterien in einen großen Ofen, um die äußere Hülle abzubrennen und die schwarze Masse zurückzulassen. Dieser energieintensive Prozess „verlässt einige ziemlich unangenehme Luftemissionen, die krebserregend sein können“, sagt Kochhar.

Weder Ascend Elements noch Li-Cycle verwenden Wärme in ihrem Prozess. Redwood Materials tut dies zumindest teilweise immer noch, aber unabhängig davon gibt es immer noch Platz dafür in einer aufstrebenden Industrie, in der mehr Arbeit zu erledigen ist als Einrichtungen dafür vorhanden sind.

„Wir sind Fans von Redwood, wir sind Fans von Li-Cycle, weil das Problem, mit dem wir konfrontiert sind, so groß ist, dass kein Unternehmen es lösen kann“, sagt Thomas Frey, Senior Director of Marketing and Kommunikation bei Ascend Elements. „So wie wir mehrere Batteriehersteller und mehrere Autofirmen brauchen, brauchen wir mehrere Batterierecyclingunternehmen. Wir haben derzeit nicht die Einrichtungen in den USA, um alle Materialien zu veredeln und herzustellen, die wir brauchen.“

Es ist schwierig, die Gesamtzahl der recycelten EV-Batterien zu berechnen, da der Prozess hinter verschlossenen Türen zwischen Privatunternehmen stattfindet. Außerdem halten einige Autohersteller ihre Aktivitäten zum Recycling von Elektrofahrzeugen gerne geheim, sagt Frey. Für sie ist es wie ein Geschäftsgeheimnis; ein Lieferketten-Hack.