Green Science Alliance eröffnet Schweizerisches Labor für Batterierückgewinnung

Das japanische Chemie- und Grüntechnologieunternehmen hat ein Batterierecycling-Labor im Switzerland Innovation Park Biel/Bienne (SIPBB) im Kanton Bern eröffnet. In Zusammenarbeit mit dem Schweizerischen Batterietechnologiezentrum strebt das Unternehmen an, Kathodenmaterial aus gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien zu gewinnen, das direkt in neuen Zellen wiederverwendet werden kann. Der Umweg über einzelne Metalle soll vermieden werden.

Die Forschungseinrichtung wurde am Montag eröffnet, wobei der CEO von GSA, Ryohei Mori, und der Direktor von SBTC, Christian Ochsenbein, anwesend waren. Mit Sitz in Kawanishi, Japan, ist GSA auf Gebiete wie Quantendoten, metallorganische Gerüste (MOFs) sowie tiefe eutektische Lösungsmittel spezialisiert. Biel soll als Eingangstor des Unternehmens zum europäischen Markt dienen. SBTC wiederum befasst sich mit Materialanalyse, Herstellung von Elektroden, Entwicklung und Prüfung von Batteriezellen sowie mit Recycling.

Schwarze Masse als Rohstoff

Der Fokus liegt auf der sogenannten Schwarzmasse. Wenn Batterien am Ende ihrer Lebensdauer zerkleinert und mechanisch verarbeitet werden, bleibt ein dunkler Pulver zurück. Dieser enthält die aktiven Materialien, die Energie in der Zelle speichern und freisetzen. Bei herkömmlicher Recyclung werden mithilfe von Säuren oder Laugen einzelne Metalle wie Lithium, Nickel oder Kobalt extrahiert. Um anschließend wieder Kathodenmaterial herzustellen, sind mehrere zusätzliche Verarbeitungsschritte erforderlich. Die Variabilität der Schwarzmasse – abhängig von der Zellchemie, dem Alter der Batterie und der Verarbeitungsmethode – wird im Forschungsprojekt SHERLOCK untersucht, das darauf abzielt, Qualitätsstandards für Schwarzmasse zu entwickeln.

GSA strebt danach, diese Kette zu verkürzen. Anstatt das Kathodenmaterial aus der schwarzen Masse in seine Bestandteile aufzuspalten, verarbeitet das Unternehmen das Material erneut und verwendet es direkt wieder. Experten bezeichnen dies als direkten Recyclingprozess. Dieser Ansatz soll Verarbeitungsschritte und Ressourcen sparen. Sollte er erfolgreich sein, würde die Herstellung neuer Batterien weniger neu abgebauter Rohstoffe erfordern. Die Partner haben jedoch keine genauen Details zum Prozess preisgegeben.

Die ersten Ergebnisse sind bereits verfügbar: Batterien mit regeneriertem Kathodenmaterial von GSA erreichten über 90 Prozent der Anfangskapazität vergleichbarer Batterien mit kommerziell verfügbarem Material. Obwohl dies vielversprechend klingt, handelt es sich um einen vom Forscherteam bereitgestellten Laborkernwert. Es fehlen Angaben zur Anzahl der Ladezyklen, zum Zellformat oder zu unabhängigen Messungen. Die Technologie wird derzeit für Nickel-Mangan-Kobalt- sowie Lithium-Eisenphosphat-Batterien entwickelt. Insbesondere bei Lithium-Eisenphosphat-Zellen ist eine kostengünstige Methode entscheidend, da diese weder Nickel noch Kobalt enthalten, was die Rückgewinnung der einzelnen Metalle deutlich weniger wirtschaftlich macht.

Eine Machbarkeitsstudie

Die Arbeitsteilung in Biel ist klar definiert: GSA stellt seine Recyclingtechnologie zur Verfügung, während SBTC – eines von vier angewandten Forschungszentren des SIPBB – Expertise, Infrastruktur und Laborräume bereitstellt. Gemeinsam werden die Partner die verarbeiteten Materialien untersuchen, daraus Elektroden und Zellen herstellen sowie Tests durchführen. Das endgültige Ziel ist es, zu beurteilen, ob der Prozess industriell skaliert werden kann.

Bislang bleibt die öffentliche Finanzierung bescheiden. Die erste Phase wird durch einen Innovationsscheck der schweizerischen Förderagentur Innosuisse finanziert. Dieser deckt die Kosten eines schweizerischen Forschungspartners bis zu 15.000 Schweizer Franken (ungefähr 16.200 Euro) und dient der Durchführung von Machbarkeitsstudien, die innerhalb von sechs Monaten abgeschlossen werden müssen. Die Partner selbst bezeichnen dies als den ersten Schritt hin zu gemeinsamen Forschungen.

Europa benötigt recycelte Materialien

Die Forderungen sind klar. Die EU-Batterieverordnung legt höhere Rückgewinnungsraten für Lithium, Nickel und Kobalt sowie ab August 2031 Mindestanteile an recycelten Materialien in neuen Fahrzeugbatterien fest. Die Recyclung bleibt jedoch wirtschaftlich schwierig: Laut der Safeloop-Studie der EU betragen die Verluste derzeit etwa 1,90 Euro pro Kilogramm Batteriepack. Prozesse mit weniger Schritten könnten eine Lösung bieten. Die Partner argumentieren, dass ihre Methode im großen Maßstab auch die Abhängigkeit von neu abgebauten Rohstoffen verringern und die europäischen Batteriezulieferketten widerstandsfähiger machen würde.

Forschungseinrichtungen suchen ebenfalls nach Partnern über Grenzen hinweg. So unterzeichnete das Fraunhofer FFB in Münster Anfang Oktober Absichtserklärungen mit südkoreanischen Partnern zu Themen wie Recycling und der Umsetzung der EU-Batterieverordnung. GSA beabsichtigt, das Netzwerk von SIPBB zu nutzen, um seine Technologie vom Labor in die Industrie zu übertragen. Ob auch bei größeren Mengen eine Leistung von 90 Prozent erzielt werden kann, bleibt abzuwarten.