Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Die Schweizer Autoimporteure möchten eine sichere, nachhaltige und kostengünstige Entsorgungs- und Recyclinglösung für alle Lithium-Ionen Antriebsbatterien aus Hybrid- und Elektroautos. Heute werden Antriebsbatterien lokal in Garagen durch ausgebildetes Personal ausgebaut und dann für das Recycling entweder als teures Gefahrengut (ADR Sondertransport) ins Ausland oder zur Firma Batrec transportiert. Batrec kann nur ein unvollständiges Recycling (Rückgewinnungsquote <70%) durch Schreddern der Batterien sicherstellen.
LIBREC möchte eine «Branchenlösung» für die Hersteller, Importeure und Händler von Batterien anbieten, um die umweltverträgliche Entsorgung nach dem Stand der besten verfügbaren Technik in der Schweiz zu realisieren. Durch die Teilnahme aller Importeure werden die Batterievolumen maximiert und die Entsorgungskosten für alle Importeure minimiert. Konkret sieht die Lösung von LIBREC ein Rücknahmezentrum in Oensingen oder Biberist für Elektroautos vor und das Recycling für Batterien am selben Ort. Ist die Batterie dann entnommen, gehen die Autos weiter an die etablierten Schweizer Autoverwerter. Für das Recycling der Batterien ist vorgesehen, ein an der TU Braunschweig in Deutschland entwickeltes und durch die Duesenfeld GmbH industriell realisiertes Verfahren LithoRecll weiterzuentwickeln. Das von LithoRecll vorgeschlagene Vorgehen mit superkritischem CO2 ist noch nicht reif in Bezug auf die Rückgewinnung des Elektrolyten und muss auch in Bezug auf die Elimination des Leitsalzes weiterentwickelt werden. Eine Rückgewinnungsrate von 90% wird angepeilt. Zudem soll die Energieeffizienz stark verbessert werden. Das Projekt ist in zwei Phasen unterteilt. Die erste Phase, die durch diesen Vertrag mitfinanziert wird, beinhaltet Kundenvereinbarungen, den Aufbau der LIBREC AG, den Aufbau des Rücknahmezentrums (RELA) und das Optimieren der Recycling Technologie. Der Bau der Fabrik ist nicht Teil dieses Vertrages und wird erst in der zweiten Phase des Projektes angegangen.
Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 4.11.2020 an der Sitzung der Koko UT vom 26.11.2020 genehmigt.
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Ergebnisse gemäss Vertrag
(Deutsch)
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- Ein Beschrieb zum Design der Anlage, insbesondere mit detaillierten Angaben zu den technischen Verfahren und erwarteten Leistungen der Anlage liegen dem BAFU vor. Der Aufbau von LIBREC AG ist abgeschlossen. Mitarbeitende sind eingestellt, Kommunikation, IT und die Administration funktionieren. Erste Kundenvereinbarungen sind getroffen und formalisiert. Insbesondere steht der Entscheid von Auto Schweiz für oder gegen die Unterstützung einer Branchenlösung. (Meilenstein 1).
- Die Recycling-Technologie ist folgendermassen optimiert (Meilenstein 2):
a) Folgende industrielle Prozesse sind definiert: Batterieausbau, Batterieannahme, Batterieentladung und die Zerlegung der Batterie in einzelne Module.
b) Die Rückgewinnung des Elektrolyten und die Elimination des Leitsalzes sind geregelt. Die Verfahrensschritte und Spezifikationen der Anlagen (Siebe, Magnete, Wirbelstromfilter, Zickzack-Sichter, etc.) zur physikalischen Trennung sind definiert.
c) Der Binder (PVDF) ist unter Berücksichtigung des Energieeinsatzes vollständig vom Aktivmaterial getrennt. Zur Trennung des Graphits ist das Verfahren der Schaumflotation optimiert und spezifiziert.
d) Die Recyclingrate über alle Elemente gerechnet erreicht mindestens 90%. Die Ausnahme davon ist Lithium, welches innerhalb LIBREC zu rund 70% zurückgewonnen wird.
e) Die Energieeffizienz ist gegenüber dem Ausgangsverfahren (Schmelze, Pyrolyse) um mindestens 80% gesteigert.
- Eine benutzerfreundliche Internet-Plattform erlaubt die Abholung alter Autos und Batterien. LIBREC organisiert die Transporte, die von den Transportpartnern (z.B. Galliker Transport AG) durchgeführt werden. (Meilenstein 3).
- Ein Schlussbericht mit Darstellung der Ergebnisse aus 3.1 bis 3.4 und dem weiteren Vorgehen ist redigiert und dem BAFU abgegeben. Zusätzlich liegt die komplette Offerte für den Betriebsaufbau für Phase II vor inklusive detailliertem Fundraising.
- Textbausteine, Illustrationen und mindestens 3 Fotografien (genauere Angaben s. Beilage 3) für die Verwendung in öffentlichen Publikationen sind
bereitgestellt und dem BAFU abgegeben.
- Eine Präsentation der Ergebnisse mit entsprechender Power-Point Darstellung ist dem BAFU abgegeben und kann auf Nachfrage beim BAFU vorgetragen werden.
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Beschreibung der Resultate
(Deutsch)
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Die LIBREC AG bietet Herstellern, Importeuren und Händlern von großvolumigen Lithium-Ionen-Batterien (kurz: LIB), vornehmlich aus der Elektromobilität, aber auch aus anderen Bereichen wie stationären Energiespeichern, Schienen- und Schwerlasttransportfahrzeugen, eine umweltverträgliche und wirtschaftliche Entsorgungslösung an. Das Ziel besteht darin, die relevanten Inhaltsstoffe (Metalle wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan, Kupfer, Aluminium, Stahl, oder Lösemittel, Graphit, etc.) in bestimmten Materialfraktionen nach dem Stand der besten verfügbaren Technik lokal in der Schweiz anzureichern. Die Materialfraktionen werden dann weiter externen primär hydrometallurgischen Behandlungsprozessen zur stofflichen Verwertung zugeführt, um Ausgangsstoffe u.a. für die erneute Batterieproduktion herzustellen.
Ein entscheidender Faktor für die ökonomische LIB Verarbeitung in der Schweiz ist die Maximierung der Batterievolumen durch Annahme und Verarbeitung aller zugänglichen LIB Typen (unterschiedliche Bauformen der Zellen: rund, prismatisch, pouch), Herstellern und Batteriezusammensetzungen (hinsichtlich der Zellchemie und Kathodenaktivmaterialien NMC, NCA, LFP, etc.), um die notwendigen produktions- und verfahrenstechnischen Behandlungskosten zu minimieren. Dazu wurden erste Vereinbarungen mit Kunden unterzeichnet, eine Onlineplattform zur Abholung von Batterien aufgesetzt und lanciert, ein Team, bestehend aus Experten aus verschiedenen Fachbereichen (Vertrieb, Finanzen und Buchhaltung, Logistik, Bewilligung und Sicherheit, Verfahrenstechnik, Elektrotechnik, etc.) zusammengestellt, die Finanzierung des Werksaufbaus gesichert, der Standort Biberist, Kt. Solothurn, als «grey field» auf einem Teil des ehemaligen Papieri Fabrikgeländes erschlossen, die infrastrukturellen tief- und hochbaulichen Arbeiten abgeschlossen und der Verwertungsprozess final spezifiziert. Eine Rückgewinnungsrate von über 99 % der enthaltenen metallischen Wertstoffe (Nickel, Kobalt, Kupfer, Lithium, Aluminium) in die erzeugten materialspezifischen Fraktionen konnte im Rahmen von Testreihen erzielt werden. Der abgeschätzte spezifischen Energieverbrauch von 161,1 kWh/t fällt im Vergleich zu bisherigen Verwertungstechnologien mit Pyrolyse als thermische Schadstoffentfrachtung (683,2 kWh/t) deutlich geringer aus.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Die Entsorgungslösung der LIBREC AG sieht konkret einerseits ein Rücknahme- und Entnahmezentrum für Altelektrofahrzeugen und deren Batterien in Altishofen in Zusammenarbeit mit der Firma Galliker Transport AG vor. Andererseits werden Batterien von zertifizierten und ausgewählten Garagen oder Reparaturzentren aus Elektrofahrzeugen entnommen. Nach der Batterieentnahme (Konsumptionsabfälle) gehen die Karossen der Altfahrzeuge weiter an die etablierten Schweizer Autoverwerter. Danach werden die aus den Fahrzeugen entnommen LIBs einer dezentralen LIB-Abfallbehandlungsanlage am Standort in Biberist zugeführt. Darin werden die LIB elektrisch entladen, wobei enthaltene Energie dem Prozess oder dem Netz zugeführt wird, demontiert auf mindestens Modulebene, wobei schon verschieden Materialfraktionen generiert werden, und anschließend einer mechanischen Aufbereitung zugeführt. Letztere zerkleinert die Batterien unter Stickstoffatmosphäre, trennt im Vakuumtrockner die Lösemittel ab und sortiert die verbleibenden Feststoffe in verschiedene Materialfraktionen, u.a. einer Schwarzmasse. Die Schwarzmasse enthält die werthaltigsten Metalle (Nickel, Kobalt, Lithium) aus der Kathodenbeschichtung sowie den Graphit aus der Anode. Eine weitere mechanische Trennung der Aktivmaterialien wurde untersucht und konkretisiert, jedoch erscheint der Trennprozess aufgrund hoher Metallverluste zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht ausgereift. Zum jetzigen Zeitpunkt wird die Schwarzmasse einer externen hydrometallurgischen Weiterverarbeitung mit einer Rückgewinnung von 95 % für Lithium und 98 % für Co, Cu und Ni zur Herstellung von Metallsalzen bzw. Vorprodukten («precursor») zum Wiedereinsatz in der Batterieproduktion zugeführt. Dadurch ergibt sich eine Gesamtrückgewinnung von ca. 94 % für Lithium und von ca. 97 % für Co, Cu und Ni über die gesamte Recyclingkette von Batterieabgabe bis über das hydrometallurgische Refining hinaus.
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