Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTSDer Bedarf an Rohstoffen für Batterien – insbesondere für die Elektromobilität – ist in den letzten Jahren stark gestiegen. Die überwiegende Mehrheit der Elektrofahrzeuge arbeitet mit Lithium-Ionen-Batterien, die Metalle wie Nickel, Kobalt, Kupfer, Mangan und Lithium enthalten. Weltweit kommen diese Batteriemetalle hauptsächlich aus Australien, Chile, China, Südafrika und dem Kongo. Volatile Märkte und Herausforderungen in den Lieferketten stellen jedoch ein Risiko für die Beschaffung von kritischen Batteriemetallen dar. Das EU-Projekt »METALLICO« soll dazu beitragen, die Versorgungssicherheit mit heimischen Rohstoffen zu gewährleisten.
Das Projektkonsortium bringt Vertreter der gesamten Wertschöpfungskette – einschließlich Bergbau und Produktion – zusammen, um mit Rohstoffen aus primären und sekundären Quellen neue Produktionsverfahren für Batteriematerialien zu testen. Dabei werden mit der Entwicklung moderner, kosteneffizienter Verfahren mit heimischen Rohstoffen nicht nur die Lieferketten in Europa gesichert, sondern auch ein Zero-Waste Ansatz verfolgt. Mit fünf neuen Verfahren sollen Produktionsabfälle bei der Herstellung von Batteriematerialien verringert und unvermeidbare Reststoffe vollständig verwertet werden.
Im Rahmen des Projekts »METALLICO« werden verschiedene Case Studies unter dem Aspekt betrachtet, wie sich kritische Metalle wie Lithium, Kobalt, Kupfer, Mangan und Nickel nachhaltig produzieren, zurückgewinnen und Reststoffe zu neuen Produkten in der Batterie-, Zement-, Lack- und Keramikindustrie verwerten lassen. Dies ist ein wichtiger Schritt zur Etablierung einer Kreislaufwirtschaft, da die Produkte den Anforderungen der Märkte entsprechen müssen, um in die Wertschöpfungskette zurückgeführt werden zu können. Hierzu werden definierte Recyclingprozesse an verschiedenen Industriestandorten bis in den Industriemaßstab skaliert.
Das Fraunhofer IKTS arbeitet im »METALLICO«-Projekt an der Validierung einer Pilotanlage zur Lithiumgewinnung und Geopolymerherstellung. In Kooperation mit dem Institut für Technische Chemie der TU Bergakademie Freiberg wird das patentierte COOL-Verfahren eingesetzt, um aus Lithiumerzen wie Spodumen Lithium zu gewinnen: nach der Laugung mit überkritischem CO2 sind das bis zu 95 Prozent. Über einen darauffolgenden Elektrodialyse- und Kristallisationsschritt lässt sich Lithiumcarbonat in Batteriequalität selektiv gewinnen.
Auch der lithiumfreie Rückstand, der in der Filtrationsstufe anfällt, wird weiterverwertet. Dies ist der Schlüsselschritt zur Etablierung einer Kreislaufwirtschaft nach dem Null-Abfall-Prinzip. Aus ihm sollen CO2-freie Geopolymere hergestellt werden, die zukünftig Zement ersetzen und so die CO2-Emissionen in der Zementindustrie senken könnten. Das Verfahren wird in Spanien unter Beteiligung der G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH, IDENER und CETAQUA auf einen Technology Readiness Level von 7 skaliert und getestet.
