Erfahren Sie mehr über die Entsorgung und wie giftiges Material bei Recycling weiterhin in Batterien verwendet werden kann.

Batterien auf Blei- und Cadmiumbasis stellen die größten Umweltprobleme dar, so dass Nickel-Cadmium in Europa 2009 verboten wurde. Es wird versucht, auch die Batterie auf Bleibasis zu verbieten, aber es ist kein geeigneter Ersatz verfügbar, wie dies bei der Substitution von Nickel-Cadmium durch Nickel-Metallhydrid der Fall war. Zum ersten Mal wurde Lithium-Ionen in die Liste der Schadstoffe aufgenommen. Diese Chemie wurde als nur leicht toxisch eingestuft, aber ihre schiere Menge erfordert eine genauere Prüfung.

Bleisäure ebnete den Weg für den Erfolg des Recyclings, und heute werden mehr als 97 Prozent dieser Batterien in den USA recycelt. Die Automobilindustrie sollte dafür gelobt werden, dass sie das Recycling frühzeitig organisiert hat; Möglicherweise waren jedoch eher geschäftliche Gründe als Umweltbelange die treibende Kraft. Der Recyclingprozess ist einfach und 70 Prozent des Gewichts der Batterie sind wiederverwendbares Blei.

Über 50 Prozent der Bleiversorgung stammt aus recycelten Batterien. Andere Batterietypen sind nicht so wirtschaftlich zu recyceln und werden nicht so leicht zurückgegeben wie Bleisäure. Mehrere Organisationen arbeiten an Programmen, um die Sammlung aller Batterien bequem zu gestalten. Nur 20 bis 40 Prozent der Batterien in Mobiltelefonen und anderen Konsumgütern werden derzeit recycelt. Das Ziel des Recyclings ist es, zu verhindern, dass gefährliche Materialien auf Deponien gelangen, und die zurückgewonnenen Materialien bei der Herstellung neuer Produkte zu verwenden.

Altbatterien sollten aus dem Haushalt entfernt werden. Es ist bekannt, dass alte Primärzellen auslaufen und die Umgebung schädigen. Lagern Sie keine alten Blei-Säure-Batterien, wo Kinder spielen. Das einfache Berühren der Bleipole kann schädlich sein. Halten Sie Knopfzellen auch vor kleinen Kindern verborgen, da diese diese Batterien verschlucken können. (Siehe BU-703: Gesundheitliche Bedenken bei Batterien)

Blei-Säure-Batterien sind zwar umweltschädlich, haben jedoch weiterhin eine starke Marktnische, insbesondere als Starterbatterie. Ohne diese zuverlässige Batterie könnten Mobilitäts- und USV-Systeme auf Rädern nicht so wirtschaftlich laufen. NiCd nimmt auch weiterhin eine kritische Position unter den wiederaufladbaren Batterien ein, da große überflutete NICD-Batterien Düsenflugzeuge starten und Sightseeing-Boote in Flüssen größerer Städte antreiben. Obwohl schadstofffrei, sind diese Batterien rückläufig.

Batterien mit giftigen Substanzen werden weiterhin bei uns sein und es ist nichts Falsches daran, sie zu verwenden, solange sie ordnungsgemäß entsorgt werden. Jede Batteriechemie hat ihr eigenes Recyclingverfahren und der Prozess beginnt mit der Sortierung der Batterien in die richtigen Kategorien.

Blei-Säure: Das Recycling von Bleisäure begann mit der Einführung der Starterbatterie im Jahr 1912. Das Verfahren ist einfach und kostengünstig, da Blei leicht zu extrahieren ist und mehrfach wiederverwendet werden kann. Dies führte zu vielen profitablen Geschäften und dem Recycling anderer Batterien.

Blei-Säure-Batterien sind die am meisten recycelten Batterien. Recycling ist rentabel
Abbildung 1: Blei-Säure-Batterien sind die am häufigsten recycelten Batterien. Recycling ist rentabel

Ende 2013 meldeten Schmelzhütten eine erhöhte Anzahl von Li-Ionen-Batterien, die mit Bleisäure vermischt wurden, insbesondere in Starterbatterien. Dies kann zu Bränden führen, die zu Explosionen und Verletzungen führen können. Das physische Erscheinungsbild von Blei-Säure- und Li-Ionen-Packs ist ähnlich und das Sortieren bei hohem Volumen stellt eine Herausforderung dar. Für Verbraucher ist eine Batterie eine Batterie, und die Leute werden dazu verleitet, alle Batterien zu recyceln, ganz zu schweigen von der Chemie. Da mehr Bleisäure durch Li-Ionen ersetzt wird, wird das Problem nur eskalieren. Von 2010-2013 gab es eine 10-fache Zunahme der gemeldeten Vorfälle von Infiltration von Li-Ionen mit Bleisäure.

Bitte beachten sie, dass Li-Ion ist mehr flüchtig, wenn stripped als blei säure. Die Vorsortierung erfolgt aus Sicherheitsgründen und nicht zur Abtrennung von Gefahrgut. Bleisäure ist gutartig, aber giftig, Li-Ion ist nicht bösartig, aber explosiv.

Die Society of Automotive Engineers (SAE) und die International Electrotechnical Commission (IEC) initiieren Maßnahmen durch Sensibilisierung, Mitarbeiterschulung, Batterieidentifikation und -kennzeichnung. Röntgentechnologien zur Trennung von Batterien werden erforscht und „wer trägt die Haftung?“ gefragt wird. Batteriehersteller legen die Verantwortung auf die Recycler, die wiederum argumentieren, dass die Belastung und Nachhaltigkeit eines Produkts vom Hersteller getragen werden muss. Die Gerichte können Schiedsrichter werden.

Nickel-Cadmium: Wenn NiCd-Batterien achtlos entsorgt werden, kann die metallische Zelle schließlich auf der Deponie korrodieren. Cadmium löst sich auf und sickert in die Wasserversorgung. Sobald die Kontamination beginnt, sind die Behörden hilflos, das Gemetzel zu stoppen. Unsere Ozeane zeigen bereits Spuren von Cadmium (zusammen mit Aspirin, Penicillin und Antidepressiva), aber Wissenschaftler sind sich seiner Herkunft nicht sicher.

Nickel-Metallhydrid: Nickel und der Elektrolyt in NiMH sind semi-toxisch. Wenn in einem Gebiet kein Entsorgungsdienst verfügbar ist, können einzelne NiMH-Batterien in kleinen Mengen mit anderem Hausmüll entsorgt werden; Bei 10 oder mehr Batterien sollte der Benutzer jedoch in Betracht ziehen, sie auf einer sicheren Mülldeponie zu entsorgen. Die bessere Alternative ist, die Altbatterien zum Recycling in einen Abfallbehälter in der Nachbarschaft zu bringen.

Primäres Lithium: Diese Batterien enthalten metallisches Lithium, das bei Kontakt mit Feuchtigkeit heftig reagiert und entsprechend entsorgt werden muss. Wenn sie in einem aufgeladenen Zustand auf eine Deponie geworfen werden, können schwere Geräte, die oben arbeiten, die Gehäuse zerquetschen und das freiliegende Lithium könnte ein Feuer entzünden. Deponiebrände sind schwer zu löschen und können jahrelang unter der Erde brennen. Wenden Sie vor dem Recycling eine vollständige Entladung an, um den Lithiumgehalt zu verbrauchen. Primäre Lithiumbatterien (Lithium-Metall) werden im militärischen Kampf sowie in Uhren, Sensoren, Hörgeräten und Speichermedien eingesetzt. Eine Lithium-Metall-Sorte dient auch als alkalischer Ersatz in den Formaten AAA, AA und 9V. Li-Ion für Mobiltelefone und Laptops enthalten kein metallisches Lithium. (Siehe auch BU-106: Vorteile von Primärbatterien)

Lithium-Ion: Li-Ion ist einigermaßen ungefährlich, aber verbrauchte Packungen sollten ordnungsgemäß entsorgt werden. Dies geschieht weniger, um wertvolle Metalle zurückzugewinnen, wie dies bei Bleisäure der Fall ist, als aus Umweltgründen, insbesondere bei dem wachsenden Volumen, das in Konsumgütern verwendet wird. Li-Ion enthält schädliche Elemente, die auf der Toxizitätsstufe elektronischer Geräte liegen.

Mit dem zunehmenden Einsatz von Li-Ionen warnt der Bericht der Europäischen Kommission mit dem Titel „Auf dem Weg zur Batterie der Zukunft“ vor der großen Anzahl von Batterien, die das Ende ihrer Lebensdauer erreichen werden. In Europa können Li-Ionen wegen Toxizität und Explosionsgefahr weder deponiert noch verbrannt werden, da die Asche auch auf Deponien giftig ist. Besorgniserregend sind Kobalt und Mittel, die Elektrodenmaterialien miteinander verbinden.

Der Bericht kennzeichnet Bleisäure nicht mehr als die giftigste Batterie. Bleisäure ist die einzige Batterie, die gewinnbringend recycelt werden kann. Da fast 100% der Bleisäure recycelt werden, verlagert sich der Fokus aufgrund des wachsenden Volumens und Werts der abrufbaren Materialien auf Li-Ionen.

Laut einem ATZ-Bericht (2018) enthält die 33-kWh-Li-Ionen-Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs BMW i3 2 kg (4,4 lb) Kobalt, 6 kg (13 lb) Lithium, 12 kg (26 lb) Mangan, 12 kg (26 lb) Nickel und 35 kg (77 lb) Graphit. Nicht alle zurückgewonnenen Materialien erreichen beim Recycling möglicherweise eine Batteriequalität, aber die gewonnenen Ressourcen können für weniger anspruchsvolle Zwecke verwendet werden. Lithium wird auch als Schmiermittel verwendet.

Es gibt Fortschritte und die Duesenfeld GmbH demonstriert ein innovatives Verfahren, das 70% weniger Energie für das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien benötigt als herkömmliche Schmelzöfen. Abbildung 2 zeigt die Recyclinganlage für Elektrofahrzeugbatterien in Deutschland.

Recyclinganlage für Elektrofahrzeugbatterien in Deutschland
Abbildung 2: Recyclinganlage für Elektrofahrzeugbatterien in Deutschland

Der Recyclingprozess von Li-Ionen-Batterien beginnt normalerweise mit der Deaktivierung, die eine vollständige Entladung beinhaltet, um die gespeicherte Energie zu entfernen und ein überraschendes thermisches Ereignis zu verhindern. Der Elektrolyt kann auch eingefroren werden, um elektrochemische Reaktionen während des Zerkleinerungsprozesses zu verhindern. Duesenfeld patentierte ein Verfahren, das die organischen Lösungsmittel des Elektrolyten im Vakuum durch Kondensation verdampft und zurückgewinnt. Dieser Prozess soll keine giftigen Abgase erzeugen. In Abbildung 3 zerlegen Techniker Elektrofahrzeugbatterien zum Recycling.

 Recycling einer Lithium-Ionen-EV-Batterie in einem Container
Abbildung 3: Recycling einer Lithium-Ionen-EV-Batterie in einem Container

Die folgenden Schritte sind in mechanische, pyrometallurgische und hydrometallurgische Behandlungen unterteilt. Mechanisch beinhaltet das Zerkleinern der Batteriezellen; pyrometallurgisch extrahiert die Metalle durch thermische Behandlung; und Hydrometallurgie beinhaltet wässrige Prozesse.

Einmal demontiert, sortierung trennt kupfer folie, aluminium folie, separator und die beschichtung materialien. Nickel, Kobalt und Kupfer können aus dem Guss recycelt werden, Lithium und Aluminium bleiben jedoch in der Schlacke. Zur Gewinnung von Lithium ist ein hydrometallurgischer Prozess erforderlich. Dies umfasst das Auslaugen, Extrahieren, Kristallisieren und Ausfällen aus einer flüssigen Lösung. Die hydrometallurgische Behandlung dient der Rückgewinnung von reinen Metallen, z.B. Lithium, die aus abgetrennten Beschichtungsmaterialien nach mechanischen Prozessen oder aus Schlacke in pyrometallurgischen Prozessen gewonnen werden.

Umicore in Belgien verwendet einen Ofen, um die Batterien direkt zu schmelzen und 95% Kobalt, Nickel und Kupfer zurückzugewinnen. Nach dem Ofen reinigt Umicore mit einem speziellen Gaswaschverfahren die giftigen Verbrennungsprodukte von den fluorhaltigen Abgasen.

Um die Brandgefahr während des Recyclingprozesses zu verringern, verbrennen kleinere Recycler Lithium-Ionen-Batterien extern in speziellen Abfallbehandlungsanlagen, bevor sie mechanisch getrennt werden.

Duesenfeld in Deutschland entlädt die Batterien, zerkleinert sie in inerter Atmosphäre, verdampft und kondensiert die organischen Lösungsmittel des Elektrolyten wieder und trennt das Elektrodenbeschichtungsmaterial vom Rest. Die Metalle werden dann von den ehemaligen aktiven Materialien ausgelaugt. Der Graphit wird filtriert und zurückgewonnen, wonach Lithiumcarbonat, Nickelsulfat, Kobaltsulfat und Mangansulfat hergestellt werden. Dieser Recyclingprozess liefert mehr Metalle als mit dem thermischen Verfahren von Umicore. Der CO2-Fußabdruck wird ebenfalls reduziert, während Energie gespart und die Bildung gefährlicher Gase verringert wird.

 Recycelter Graphit aus Lithium-Ionen-Batterien
Abbildung 4: Recycelter Graphit aus Lithium-Ionen-Batterien
 Recyceltes Lithiumcarbonat aus Lithium-Ionen-Batterien
Abbildung 5: Recyceltes Lithiumcarbonat aus Lithium-Ionen-Batterien
  • 1- minute YouTube: Umweltfreundliches Recycling von Lithium-Ionen-Batterien mit Duesenfeld
  • 4-Minuten-YouTube: Umweltfreundliche Recyclingmethode für Elektrofahrzeugbatterien

Alkalisch: Nachdem der Quecksilbergehalt in Alkalibatterien in 1996 gesenkt wurde, können diese Batterien in vielen Gebieten jetzt als normaler Hausmüll entsorgt werden; Kalifornien betrachtet jedoch alle Batterien als gefährlichen Abfall. In Europa gelten Blei-Säure-, NiCd-, quecksilberhaltige Batterien, unsortierte Sammlungen mehrerer Batterietypen und Batterieelektrolyte als gefährlicher Abfall. Alle anderen können als ungefährlich eingestuft werden. Die meisten Geschäfte, die Batterien verkaufen, müssen auch verbrauchte Batterien zurücknehmen. Alkaline-Batterien enthalten die wiederverwendbaren Materialien Zink und Mangan, aber der Wiederherstellungsprozess ist eine Haftung. Es wird versucht, das Recycling von alkalischen Zellen von den niedrigen 4 Prozent im Jahr 2015 auf 40 Prozent im Jahr 2025 zu erhöhen.

In Nordamerika sammeln Retriev Technologies, ehemals Toxco, und die Rechargeable Battery Recycling Corporation (RBRC) Altbatterien und recyceln sie. Während Retriev über eigene Recyclinganlagen verfügt, ist RBRC für das Sammeln von Batterien und deren Versand an Recyclingorganisationen verantwortlich. Retriev in Trail, British Columbia, behauptet, das einzige Unternehmen der Welt zu sein, das große Lithiumbatterien recycelt. Sie erhalten Altbatterien von Ölbohrungen in Nigeria, Indonesien und anderen Orten. Sie recyceln auch ausgemusterte Lithiumbatterien aus den Minuteman-Raketensilos und Tonnen von Li-Ionen aus Kriegsanstrengungen. Andere Abteilungen bei Retriev recyceln Nickel-Cadmium, Nickel-Metallhydrid, Blei, Quecksilber, Alkali und mehr.

Europa und Asien sind auch im Recycling von Altbatterien aktiv. Neben anderen Recyclingunternehmen haben Sony und Sumitomo Metal in Japan sowie Umicore in Belgien eine Technologie entwickelt, um Kobalt und andere Edelmetalle aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien zurückzugewinnen. (Siehe BU-705a: Batterie-Recycling als Geschäft)

Umicore verwendet ein Ultra-Hochtemperatur-Verfahren (UHT), um Li-Ionen- und NiMH-Akkus zu recyceln. Verbrauchte Packungen werden demontiert und in einem UHT-Ofen geschmolzen. Die Derbys werden in Metalllegierungen, die Kupfer, Kobalt und Nickel enthalten, und Schlacke, einen steinigen Abfall, der Seltenerdmetalle enthält, getrennt. Schlacke kann weiterverarbeitet werden, um Lithium zurückzugewinnen, aber die Herstellung von Lithium in Batteriequalität ist noch nicht wirtschaftlich und die Schlacke wird für den Bau verwendet. Es werden Verfahren entwickelt, um Lithium für die Wiederaufbereitung zu Lithiumcarbonat für die Li-Ionen-Produktion zu extrahieren. Mit einem erwarteten 10-fachen Wachstum der Verwendung von Li-Ionen-Batterien zwischen 2020 und 2030 könnte die Wiederverwendung von Lithium wirtschaftlich werden, so dass die Metalle wieder in der Batterieproduktion landen, ähnlich wie Blei für Blei-Säure-Batterien.

Recyclingprozess

Recycling beginnt mit der Sortierung von Batterien in Chemikalien. Sammelstellen legen Bleisäure, Nickel-Cadmium, Nickel-Metallhydrid und Lithium-Ionen in dafür vorgesehene Fässer, Säcke oder Kisten. Batterie-Recycler behaupten, dass Recycling rentabel gemacht werden kann, wenn ein stetiger Strom von Batterien, sortiert nach Chemie, zur Verfügung gestellt wird.

Der Recyclingprozess beginnt mit der Entfernung des brennbaren Materials wie Kunststoff und Isolierung mit einem gasbefeuerten thermischen Oxidationsmittel. Verschmutzende Partikel, die durch den Verbrennungsprozess entstehen, werden vom Wäscher der Anlage entfernt, bevor sie in die Atmosphäre freigesetzt werden. Dadurch bleiben die sauberen und nackten Zellen mit Metallgehalt.

Die Zellen werden dann in kleine Stücke geschnitten und erhitzt, bis sich das Metall verflüssigt. Nichtmetallische Substanzen werden verbrannt und hinterlassen eine schwarze Schlacke, die ein Schlackenarm entfernt. Die Legierungen setzen sich je nach Gewicht ab und werden noch in flüssiger Form wie Sahne aus Rohmilch abgeschöpft.

Cadmium ist relativ leicht und verdampft bei hohen Temperaturen. In einem Prozess, der wie eine Pfanne mit überkochendem Wasser aussieht, bläst ein Ventilator den Cadmiumdampf in ein großes Rohr, das mit Wassernebel gekühlt wird. Die Dämpfe kondensieren, um Cadmium zu produzieren, das zu 99,95 Prozent rein ist.

Einige Recycler trennen die Metalle nicht vor Ort, sondern gießen die flüssigen Metalle direkt in das, was die Industrie als „Schweine“ (65 Pfund, 24 kg) oder „Schweine“ (2.000 Pfund, 746 kg) bezeichnet. Andere Batterie-Recycler verwenden Nuggets (7 Pfund, 3,17 kg). Die Schweine, Schweine und Nuggets werden zu Metallrückgewinnungsanlagen transportiert, wo sie zur Herstellung von Nickel, Chrom und Eisen für Edelstahl und andere High-End-Produkte verwendet werden.

Um die Möglichkeit eines reaktiven Ereignisses beim Zerkleinern zu verringern, verwenden einige Recycler eine flüssige Lösung oder frieren Lithium-basierte Batterien mit flüssigem Stickstoff ein; Das Mischen von Li-Ionen-Starterbatterien mit dem üblichen Blei-Säure-Typ bleibt jedoch weiterhin ein Problem, da ein geladenes Li-Ion weitaus explosiver ist als Bleisäure.

Batterie-Recycling ist energieintensiv. Berichte zeigen, dass es 6 bis 10 Mal mehr Energie benötigt, um Metalle aus einigen recycelten Batterien zurückzugewinnen als aus dem Bergbau. Die Ausnahme bildet die Blei-Säure-Batterie, aus der Blei ohne aufwendige Prozesse leicht extrahiert und wiederverwendet werden kann. Teilweise kann Nickel aus NiMH auch wirtschaftlich zurückgewonnen werden, wenn es in großen Mengen verfügbar ist.

Es werden neue Recyclingmethoden entwickelt, die die Metalle durch Elektrolyse, auch chemisches Recycling genannt, zurückgewinnen. Das Verfahren soll kostengünstiger sein und höhere Erträge mit weniger Schadstoffen erzielen als das herkömmliche Schmelzen. Eine solche Alternative zum Recycling von Blei-Säure-Batterien wurde von Aqua Metals entwickelt. Diese Technologie hat das Potenzial, traditionelle Schmelzverfahren zu revolutionieren. Ein elektrochemischer Prozess trennt die Führung, indem er Metalle in nanoscopic Größenpartikel aufgliedert, die im Wasser zerstreut werden, um ein hydrokollodial Metall zu verursachen. Der Prozess wird AquaRefining genannt. Technische Probleme verzögern derzeit die vollständige Implementierung.

Jedes Land legt seine eigenen Regeln fest und erhöht den Kaufpreis einer neuen Batterie um Tarife, um das Recycling zu ermöglichen. In Nordamerika berechnen einige Recyclinganlagen nach Gewicht und die Raten variieren je nach Chemie. Während NiMH mit Nickel eine ziemlich gute Rendite erzielt, ist der verbrauchte NiCd-Akku aufgrund der weichen Cadmiumpreise weniger gefragt. Aufgrund des schlechten Metallrückgewinnungswerts verlangt Li-Ion eine höhere Recyclinggebühr als die meisten anderen Batterietypen.

Das Recycling von Li-Ionen-Batterien ist noch nicht rentabel und muss staatlich subventioniert werden. Es besteht ein Anreiz, kostspieliges Kobalt zurückzugewinnen. Es gibt heute keine Recyclingtechnologie, die in der Lage ist, ausreichend reines Lithium für eine zweite Verwendung in Batterien herzustellen. Lithium für Batterien wird abgebaut; Gebrauchtes Lithium wird für Schmierstoffe, Glas, Keramik und andere Anwendungen verwendet.

Die pauschalen Kosten für das Recycling einer Tonne Batterien betragen 1.000 bis 2.000 US-Dollar; Europa hofft auf Kosten pro Tonne von 300 US-Dollar. Im Idealfall würde dies den Transport einschließen, aber das Bewegen und Handhaben der Waren wird voraussichtlich die Gesamtkosten verdoppeln. Um den Transport zu vereinfachen, richtet Europa mehrere kleinere Verarbeitungsbetriebe an strategischen geografischen Standorten ein. Dies ist zum Teil auf das Basler Übereinkommen zurückzuführen, das den Export kompletter, aber verbrauchter Bleibatterien verbietet. Da das Volumen der ausrangierten Batterien zunimmt, werden neue Technologien versucht, das Recycling ohne die Unterstützung von Behörden und Regierungen rentabel zu machen.

ACHTUNG Batterien dürfen unter keinen Umständen verbrannt werden, da Feuer eine Explosion verursachen kann. Tragen Sie beim Berühren des Elektrolyten zugelassene Handschuhe. Bei Kontakt mit der Haut sofort mit Wasser spülen. Bei Augenkontakt 15 Minuten mit Wasser spülen und sofort einen Arzt aufsuchen.

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