Kreislaufwirtschaft am Beispiel der Lithium Batterien. Univ.-Prof. DI Dr. Roland Pomberger Wien,

Transkript

1 Kreislaufwirtschaft am Beispiel der Lithium Batterien Univ.-Prof. DI Dr. Roland Pomberger Wien,

2 Immer mehr Einsatzgebiete Jedes Produkt wird früher oder später zu Abfall! 2

3 Steigende Mengen

4 Recycling vs Primärrohstoff Recycling ist Gewinnung von Rohstoffen aus Abfällen, ihre Rückführung in den Wirtschaftskreislauf und die Verarbeitung zu neuen Produkten (stoffliche Verwertung). Wir erreichen dadurch: Erhaltung von natürlichen Rohstoffen Einsparung von Energie Reduktion von Abfallmengen Vermeidung von Umweltauswirkungen Recycling ist nicht Selbstzweck!

5 Was ich Ihnen in den nächsten 20 Minuten erzählen möchte 1. Herausforderungen des Lithium Batterie Recyclings 2. Rohstoff Lithium 3. Recycling Lösungen 4. Brandrisiko in der Abfallwirtschaft 5. Resümee

6 Herausforderungen

7 Herausforderungen - Aufbereitung Brennbare Substanzen Organische Lösungsmittel Kunststoffe Elektrisch gespeicherte Energie (Zündquelle) Kurzschluss Unsachgemäße Lagerung Beschädigte Zellen/ Batterien Thermische Belastung Hochspannung und Ladezustand F-hältiges Leitsalz Dünne Folien mit Beschichtung (Abtrennung der Beschichtung) Beschädigte Batterien aus Unfallautos?

8 Schwankende Zusammensetzung ESS Durchschnitt ESS Bandbreite Rohstoffe 1. Kobalt 2. Nickel 3. Kupfer 4. Aluminium 5. Stahl Zelle Durchschnitt Zusammensetzung und Batteriechemie ändern sich laufend 8

9 Sicherheit sicherer Transport und Sammlung Lagerproblematik Quelle: Saubermacher Quelle: Saubermacher

10 Ordnungszahl 3 Geht es ums Lithium?

11 Was haben diese Bilder gemeinsam? Lithium Lagerstätten Salzsee in Bolivien Koralpe in der Stm. Mein Auto

12 Ist Li ein kritischer Rohstoff? Nach der Definition der EU? NEIN aber auf dem Weg einer zu werden

13 Lithium Lagerstätten

14 Wo liegen die Li Lagerstätten? S. Ziemann 2014

15 Primäre Lithium Produktion t U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2017 Cu hat 600 fache Al hat1700 fache Fe hat fache Produktionsmenge

16 Produktion aus Salzseen Beispiel Bolivien Salar de Uyuni in Bolivien, der größte Salzsee der Welt Höhe über Meeresspiegel Fläche Länge Breite Maximale Tiefe Besonderheiten 3653 m km² 140 km 110 km mindestens 220 m Größte Salzpfanne der Erde, vor Jahren ausgetrocknet

17 Primäre Lithium Gewinnung Quelle: Chemetall

18 Lithiumlagerstätte in Österreich Koralpe eines der größten Li-Vorkommen Europas Spodumen 1980er Versuchsbergbau 1988 Arbeiten eingestellt Hohe Aufbereitungskosten 30 Millionen Tonnen Li-Erz 1991 um 1 Schilling von verstaatlichter Minerex an die Kärntner Montanindustrie 2011 um 10 Mio. Schürfrechte verkauft an European Lithium Limited (UK) Medienberichte: Bergbau 2020???

19 Geht uns das Lithium aus? Derzeitige Li Produktion ca t/a (2014) 2050 erwartet: t/a Nur aus Salzseen: Statische Reichweite bei derzeitigem Bedarf: 1450 Jahre Würden wir t/a benötigen: 108 Jahre Statische Reichweite stimmt nicht Reserven durch den Bedarf zu dividieren ist zu einfach Dynamische Betrachtung!

20 Recycling Lösungen

21 Pyrometallurgisches Recycling Umicore Battery Recycling facility, Hoboken, Belgium. Symbolbild Problematik Recyclingrate Anerkennung der Schlacke als Verwertung? Derzeit theoretische Möglichkeit: Lithium Rückgewinnung aus der Schlacke

22 Forschungsprojekte an der Montanuniversität Re2Ba emprove seit 2014 seit 2014 LIBRES BAT- Safe seit bis 2014 HYDRA Seit 2018

23 Verwertung Energiespeichersystem (ESS) z.b. Masse: 255 kg Spannung: 675 V Nennenergie: 27,6 kwh

24 Verwertung Energiespeichersystem (ESS) Entladestation in Offenbach mit Netzeinspeisung Demontage Entladung Behandlung auf Modul nicht auf Zell Ebene

25 Verwertung Thermische Behandlung Energiespeichersystem (ESS) unbehandelte Zellen thermisch behandelte Zellen Demontage Entladung Thermische Behandlung Abgasreinigung Ziel: mechanisch aufbereitbar machen

26 Verwertung Technikum Energiespeichersystem (ESS) Demontage Entladung Thermische Behandlung Mechanische Aufbereitung Aktivmaterial NE-Metalle Fe-Metalle verkaufsfähige Rohstoff Konzentrate

27 Recyclinganlage Bremerhaven Ergebnis kooperativer Forschung Kapazität: t/a Durchsatz: 5 t/h Output Al Al/Cu Aktivmaterial Produktionsstart Juni 2018

28 Redux Recycling GmbH Eines der führenden Batterie Recyclingunternehmen in Europa Marktanteil von 40% im Bereich Haushalts-und Gerätebatterien 2 Betriebsstätten in Offenbach und Bremerhaven 80 Mitarbeiter in DE Universelle- und patentierte eigene Recyclinganlagen

29 Impressionen aus der neuen Recyclinganlage

30 Brandgefahr! 2018 Mayer St. Michael Nur Brände in Abfallanlagen der Steiermark mit wahrscheinlicher Ursache Batterie 2014 Saubermacher Unterpremstätten 2017 Peggau 2017 BA Fohnleiten 2018 Müllex

31 Lithium Gerätebatterien in der Abfallwirtschaft sind: Fehlwürfe, Schadstoffquellen, Brandquellen, Kurzschlüsse ( Thermal runnaway ) Material Brand und blackboxes hinsichtlich Unbekannter Vorgeschichte Unbekannter Ladezustand Two damaged batteries wraped in a can. T. Nigl, sorting analysis 2018.

32 Gerätebatterien 50 % getrennt gesammelt und wo sind die anderen 50 %

33 Gerätebatterien Güterströme in Österreich ph: FF Köflach, 2016 ph: activnews, 2013 ph: APA 2014 ph: Krone, 2016 Source: Nigl et al. 2017

34 Risiko von Batterien im Restmüll Batterien im Restmüll: 0.05 M-%, Lithium Batterien im Restmüll: M-%, Bezogen auf die Restmüll Menge (A) von ca. 1,4 Mio. Tonnen 700,000 Stück Lithium Batterien Mengen kommen ca. 20 Batterien pro Tonne verzögert in die AW Anteil Li-Batterien ca. 0.5 Batterien pro Tonne steigt massiv Abschätzung der Brandwahrscheinlichkeit (p = ) 70 potentielle Brandfälle pro Jahr (Nigl & Pomberger 2018)

35 Resümee Batterie Recycling = technische Herausforderung Keine Angst - Li geht uns nicht aus Es gibt eine neue Recycling Lösung entwickelt an der Montanuni umgesetzt in Bremerhaven (Redux) Wir haben ein massives Brandrisiko in der Abfallwirtschaft wir brauchen neue Lösungen

36 Panta rhei πάντα ῥεῖ