Elektroautos sind auf dem Vormarsch, aber wann folgt das Batterie-Recycling?

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Wettlauf in die Zukunft

Viele Unternehmen und Investoren sind bestrebt, Batterien zu recyceln, aber es könnte ein Jahrzehnt oder länger dauern, bis genügend gebrauchte Lithium-Ionen-Batterien verfügbar sind.

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Von Niraj Chokshi und Kellen Browning

Niraj Chokshi und Kellen Browning berichteten über diese Geschichte aus Reno, Nevada. Chokshi reiste auch nach Rochester, NY, und Browning nach Adelanto, Kalifornien.

Benjamin Reynaga hackte sich in einer Auto-Demontageanlage am Rande der Mojave-Wüste mit Elektrowerkzeugen in einen heruntergekommenen Hybrid-Honda Fit, bis er den wichtigsten Teil des Autos erreichte: seine Lithium-Ionen-Batterie.

Das Fahrzeug selbst sollte zertrümmert werden, aber die Batterie würde mit Vorsicht behandelt werden. Es würde in der Nähe zerlegt und dann nach Nevada geschickt werden, wo ein anderes Unternehmen, Redwood Materials, einige der darin enthaltenen wertvollen Metalle zurückgewinnen würde.

Das Werk, in dem Herr Reynaga in Adelanto, Kalifornien, arbeitet, steht an vorderster Front dessen, was Experten der Autoindustrie, Umweltschützer und die Biden-Regierung als wichtigen Teil einer globalen Umstellung auf Elektrofahrzeuge ansehen könnten: das Recycling und die Wiederverwendung von Metallen wie Kobalt , Lithium und Nickel. Wenn Batterien über ihre Hauptlebensdauer hinausgehen und die Zutaten für neue Batterien liefern würden, würden Elektroautos, Lastkraftwagen und Lieferwagen erschwinglicher und umweltfreundlicher werden.

„Wir bereiten uns gerade erst vor“, sagte Nick Castillo, der das Werk für die LKQ Corporation leitet. Die Anlage zerlegt hauptsächlich Benzinfahrzeuge, bereitet jedoch die Zerlegung weiterer Hybrid- und Elektrofahrzeuge vor. „Wir wissen, dass es irgendwann die Oberhand gewinnen wird – es wird die Zukunft sein.“

Der Verkauf von Elektroautos und -lastwagen boomt, und die Auto- und Batterieindustrie investiert Milliarden von Dollar in die Modernisierung und den Bau von Fabriken. Diese Autos könnten zur Bekämpfung des Klimawandels beitragen, aber Batterien bringen ihre eigenen Probleme mit sich. Rohstoffe können schwer abzubauen sein, werden häufig in Ländern mit schlechter Menschenrechtsbilanz gefunden und erfordern eine Verarbeitung, bei der schädliche Abfälle zurückbleiben.

Glücklicherweise sind diese Batteriebestandteile auch in hohem Maße wiederverwendbar. Und jetzt findet ein Wettlauf um die Sammlung und Wiederverwertung gebrauchter Lithium-Ionen-Batterien statt. Risikokapitalgeber, Autohersteller und Energieunternehmen stecken Geld in Dutzende neu gegründete Recyclingunternehmen in Nordamerika und Europa.

„Wir entwöhnen unsere gesamte Gesellschaft von fossilen und kohlenstoffintensiven Brennstoffen – wir dürfen das Ausmaß dieser Herausforderung nicht unterschätzen“, sagte Gavin Harper, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Birmingham in England, der sich mit Batterierecycling beschäftigt. „Die Nachfrage wird so enorm sein.“

Doch bei allem Optimismus steht dieses neue Unternehmen vor einer gewaltigen Herausforderung: Für ein Jahrzehnt oder länger werden nur wenige Batterien zum Recycling verfügbar sein. Tesla, das das Geschäft mit Elektrofahrzeugen dominiert, begann 2008 mit dem Verkauf von Autos und verkaufte bis 2017 weniger als 100.000 Autos pro Jahr. Heutzutage gibt es andere Quellen, die recycelt werden können, darunter Hybride und Unterhaltungselektronik, aber das Angebot ist begrenzt und die Sammlung kann eine Herausforderung sein.

Das hat Recyclingunternehmen in eine schwierige Lage gebracht. Sie müssen in Fabriken, Maschinen und Arbeitskräfte investieren, sonst riskieren sie, gegenüber der Konkurrenz an Boden zu verlieren. Wenn sie jedoch zu schnell investieren, könnte ihnen das Geld ausgehen, bevor viele alternde Batterien an ihren Laderampen ankommen.

„Es gibt Leute, die nur Geld verbrennen, weil sie nicht über die Rohstoffe verfügen, um das Material zum Verkauf herstellen zu können“, sagte Eric Frederickson, der Geschäftsführer von Call2Recycle, einem gemeinnützigen Programm, das Recyclern bei der Suche hilft alte Batterien.

Die Unternehmen müssen auch herausfinden, wie sie Batterien finden, sammeln und demontieren können. Sie müssen mit vielen Demontagebetrieben, Schrottplätzen und gemeinnützigen Gruppen zusammenarbeiten. Und da Batterien anfällig für Brände sind und von Modell zu Modell unterschiedlich verpackt und gebaut sind, kann das Zerlegen kompliziert und gefährlich sein.

Unter den Unternehmen, die Batterien recyceln, sticht Redwood hervor. Das Unternehmen wurde von JB Straubel, einem ehemaligen Top-Manager von Tesla, gegründet und habe mehr als 1 Milliarde US-Dollar von Investoren eingesammelt, hieß es. Redwood versteht sich in erster Linie als Hersteller von Batteriematerialien – hergestellt aus wiedergewonnenen oder abgebauten Metallen – und hat Recyclingpartnerschaften mit Ford Motor, Toyota, Volkswagen und Volvo aufgebaut. Redwood recycelt auch Schrott aus einer Batteriefabrik von Panasonic und Tesla in der Nähe von Reno, Nevada.

Auf einem flachen, staubigen Stück Land in der Nähe dieses Werks baut Redwood einen 175 Hektar großen Campus. Dort gewinnt das Unternehmen Metall aus alten Batterien zurück und produziert Materialien für neue. Redwood kündigte letzte Woche an, mindestens 3,5 Milliarden US-Dollar für einen weiteren Campus in South Carolina auszugeben, in einer Region des Landes, die sich schnell zu einem Zentrum für die Produktion von Batterien und Elektrofahrzeugen entwickelt.

Batterien haben eine Anode und eine Kathode, die den Großteil des wertvollen Metalls einer Batterie enthält. Beim Einsatz einer Batterie wandern Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode. Während des Ladevorgangs wird der Fluss umgekehrt.

Die meisten Anoden und Kathoden kommen aus China, aber Redwood hofft, das zu ändern. Im Werk in Nevada stellt das Unternehmen dünne Anodenfolie her Verwendung von recyceltem Kupfer. Redwood plant außerdem, dort Kathodenmaterialien aus recyceltem Kobalt und einer Mischung aus recyceltem und gefördertem Lithium und Nickel herzustellen. Panasonic gab kürzlich bekannt, dass das Unternehmen plant, die Produkte von Redwood in seinen Batterien in zwei US-Fabriken zu verwenden.

Redwood erhält regelmäßig gebrauchte Batterien und Schrott von Lieferanten wie LKQ und Partnern wie Panasonic. Ein Teil dieses Materials wird zunächst in einem proprietären Verfahren auf niedrige Temperaturen erhitzt. Alle Batterien durchlaufen chemische Bäder und andere Prozesse, um bestimmte Metalle zu isolieren und zu extrahieren.

Redwood kauft Neumetall, weil nicht genügend Altbatterien und Schrott vorhanden sind. Aber Bergbau und Transport können kohlenstoffintensiv sein und Probleme in der Lieferkette verursachen, weshalb die Führungskräfte des Unternehmens erklärten, sie seien bestrebt, mehr zurückgewonnene Metalle zu verwenden.

„Wir möchten so viel recyceltes Material wie möglich aufnehmen, da es sich um einen verfügbaren Rohstoff aus der Region handelt“, sagte Kevin Kassekert, Chief Operating Officer von Redwood. „Aber das müssen wir ausbauen.“

Andere Unternehmen konzentrieren sich ausschließlich auf Recycling. Li-Cycle, ein kanadisches Unternehmen, das 2016 von zwei ehemaligen Ingenieurberatern – Ajay Kochhar und Tim Johnston – gegründet wurde, baut mehrere Anlagen.

In Sammelzentren in Alabama, Arizona, New York und Ontario zerlegt das Unternehmen Batterien und Produktionsschrott. In seinem Werk in Rochester, New York, transportiert ein Förderband die Materialien ein Stockwerk nach oben, bevor sie in einen Bottich fallen, wo sie zerkleinert werden, während sie in eine proprietäre chemische Lösung getaucht werden, um Brände zu verhindern.

Die resultierenden Stücke werden getrennt und Li-Cycle erntet dann eine körnige Substanz, die sogenannte schwarze Masse, die an anderer Stelle in ihre Metallbestandteile verarbeitet wird. Li-Cycle plant jedoch eine Gesamtkapitalinvestition von rund 485 Millionen US-Dollar, um ebenfalls in Rochester eine Anlage zu bauen, um den Stoff in Lithium, Kobalt und Nickel in Batteriequalität umzuwandeln.

Li-Cycle, das 2021 zu einem börsennotierten Unternehmen wurde, gab an, mehr als 100 Batterielieferanten zu haben, darunter eine Partnerschaft mit Ultium Cells, einem Joint Venture zwischen General Motors und dem südkoreanischen Batterieunternehmen LG Energy Solution. Li-Cycle unterhält außerdem strategische Partnerschaften mit dem Bergbaugiganten Glencore und Koch Industries, dem privat geführten Mischkonzern mit umfangreichen Betrieben im Bereich fossiler Brennstoffe. Zusammen haben diese beiden Unternehmen 300 Millionen US-Dollar in Li-Cycle investiert.

„Wir hatten das Glück, dass wir den eingeschlagenen Weg eingeschlagen haben“, sagte Herr Kochhar. „Dies ist eine Branche, die, genau wie die Batterieherstellung, eine Menge Kapital erfordert.“

Batterierecycling ist in Nordamerika noch relativ neu, aber reifere Unternehmen im Ausland könnten einen Vorgeschmack auf die Zukunft geben. In China beispielsweise gibt es viele Recycler, aber einen Mangel an Material.

„Sie haben zu viel Kapazität und zu wenige Batterien zum Recyceln“, sagte Hans Eric Melin, der Circular Energy Storage gründete, ein Beratungsunternehmen, das sich auf den Markt für alte Lithium-Ionen-Batterien spezialisiert hat. „Ich denke, das ist genau die Situation, mit der wir sowohl in Europa als auch in Nordamerika konfrontiert sein werden.“

Es könnte viele Jahre dauern, bis Recycling in den Vereinigten Staaten zu einer florierenden Industrie wird. Es sind relativ wenige Elektrofahrzeuge unterwegs, die meisten davon sind neu. Auch Smartphones, Laptops und andere elektronische Geräte enthalten Lithium-Ionen-Batterien, diese sind jedoch schwer zu sammeln und reichen nicht aus, um den wachsenden Bedarf der Autoindustrie zu decken.

Aber Gesetzgeber und Umweltverbände wollen, dass das Recycling schnell voranschreitet, um den CO2-Ausstoß zu senken, das Land vor einer übermäßigen Abhängigkeit von ausländischen Herstellern zu schützen und die sichere Entsorgung von Batterien zu fördern.

Das von Präsident Biden im Sommer unterzeichnete Inflation Reduction Act schreibt beispielsweise vor, dass ein wachsender Anteil der wertvollen Mineralien einer Batterie im Inland oder von einem Handelspartner bezogen werden muss, bevor Fahrzeuge für Steuergutschriften in Frage kommen. Und die Europäische Union scheint kurz davor zu stehen, in allen Batterien von Elektrofahrzeugen einen Mindestanteil an recyceltem Material vorzuschreiben.

Derzeit konzentrieren sich Recycler auf das Sammeln von Fabrikabfällen.

Auf der ganzen Welt werden riesige Batteriefabriken in Betrieb genommen, darunter viele in den Vereinigten Staaten. Diese Fabriken könnten den Recyclern insbesondere in den Anfangsjahren große Mengen an defektem oder überschüssigem Batteriematerial zur Verfügung stellen.

„Bei der Herstellung einer Zelle für eine Lithium-Ionen-Batterie gibt es immer unvermeidliche Verluste“, sagte Sarah Colbourn, Forschungsanalystin bei Benchmark Mineral Intelligence. „Deshalb gibt es wirklich eine Möglichkeit, diesen Abfall zu recyceln.“

Laut einem aktuellen Bericht von Frau Colbourn wird dieser Schrott im Jahr 2025 weltweit etwa 78 Prozent der wiederverwertbaren Materialien ausmachen und bis Mitte der 2030er Jahre die Hauptquelle für Recycler bleiben, wenn gebrauchte Batterien die Oberhand gewinnen.

Aber das Recycling dieser leeren Batterien wird nicht einfach sein. Das Sammeln von Schrott ist relativ einfach. Ähnliche Materialien aus Fabriken werden in Chargen verarbeitet. Gebrauchte Batterien gibt es in verschiedenen Formen und Größen.

Standardisierte Designs und Konstruktionsmethoden könnten helfen, aber die meisten Auto- und Batteriehersteller haben daran wenig Interesse gezeigt. Stattdessen arbeiten sie an unterschiedlichen Ansätzen im Wettbewerb um die Herstellung von Autos, die mit einer Ladung weiter fahren können.

Als Redwood sich im März auf den Umzug auf den größeren Campus in der Nähe von Reno vorbereitete, waren Arbeiter in einem kleineren Werk im nahegelegenen Carson City damit beschäftigt, gebrauchte Unterhaltungselektronik zu verarbeiten. Einige durchsuchten große Behälter mit Batterien aus Elektrowerkzeugen, Laptops und anderen Geräten, während andere Förderbänder beaufsichtigten, die Batterien in rotierende Behälter schütteten, um sie zu erhitzen und zu zerlegen.

„Für uns besteht die Möglichkeit, die Art und Weise zu revolutionieren, wie Material auf der EV-Seite zurückgewonnen und in die Lieferkette zurückgeführt wird“, sagte Herr Kassekert, der Geschäftsführer von Redwood. „Ein Metallatom kann unendlich oft recycelt werden – es kommt nur darauf an, wie man es effizient erhält.“

Nachdem sie jahrelang gegenüber China an Boden verloren haben, sind US-amerikanische und europäische Führungskräfte und Gesetzgeber optimistisch, dass das Batterierecycling schnell zum Aufbau einer heimischen Batterieindustrie beitragen kann. Aber sie könnten ein böses Erwachen erleben, sagte Herr Melin, der Berater.

Batterien von Elektrofahrzeugen können 15 bis 20 Jahre halten. Selbst dann werden viele Batterien ein zweites Leben finden – zum Beispiel um Wind- und Sonnenenergie zu speichern und sie dann zu nutzen, wenn es weder windig noch sonnig ist –, bevor sie recycelt werden.

„Auf lange Sicht wird es nicht mehr viel Material geben, das recycelt werden kann“, sagte Herr Melin. „Und das ist natürlich positiv, denn der Hauptgrund ist, dass die Batterien in den Autos sind.“

In einer früheren Version dieses Artikels wurde eine veraltete Kostenschätzung für eine Fabrik zitiert, die von Li-Cycle in Rochester, NY, gebaut wird, um recycelte Materialien in Lithium, Kobalt und Nickel in Batteriequalität umzuwandeln. Das Unternehmen geht davon aus, dass die Gesamtkapitalinvestition etwa 485 Millionen US-Dollar und nicht 175 Millionen US-Dollar betragen wird.

Wie wir mit Korrekturen umgehen

Niraj Chokshi ist im Transportgeschäft tätig, mit Schwerpunkt auf autonomen Fahrzeugen, Fluggesellschaften und Logistik. @nirajc

Kellen Browning ist Technologiereporter in San Francisco, wo er über die Gig Economy, die Videospielbranche und allgemeine Technologienachrichten berichtet. @kellen_browning

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