Die Lithium-Ionen-Batterien in heutigen Elektrofahrzeugen übertreffen ältere Blei-Säure-Batterien in fast jeder Hinsicht, mit einer Ausnahme. Blei-Säure-Batterien sind immer noch das am häufigsten recycelte Produkt der Welt.
Obwohl Lithium-Ionen-Batterien den Übergang zu sauberer Energie vorantreiben sollen, werden in den Vereinigten Staaten jedes Jahr immer noch mehr als 100 Millionen Blei-Säure-Batterien verkauft, hauptsächlich als Starterbatterien für Autos, Lastwagen und Boote.
Wenn diese Blei-Säure-Batterien leer sind, werden fast alle recycelt. Tatsächlich behauptet die Blei-Säure-Batterieindustrie eine heimische Recyclingrate von 99 Prozent. Im Jahr 2021 produzierten die USA fast eine Million Tonnen recyceltes Blei. Fast das gesamte recycelte Blei wurde zur Herstellung neuer Batterien verwendet.
Interessant ist, dass nichts davon wirklich neu ist. Blei-Säure-Batterien werden seit den 1920er Jahren recycelt. Bereits 1930 bezeichnete die Industrie Blei für Batterien als „Leihgabe“ und nicht als „Verbrauch“. Vor den 1960er Jahren wurden Hunderte von kleinen Bleirecyclingbetrieben in und um US-Städte betrieben, was dies zu einer frühen Form des städtischen Bergbaus machte.
Diese städtischen Bleirecyclingbetriebe waren auch eine erhebliche Verschmutzungsquelle. Eine der frühesten Epidemien von Bleivergiftungen war in den 1930er Jahren mit Batterierecyclingbetrieben in Baltimore, Maryland, verbunden. An manchen Orten ist es noch möglich, die Standorte aufgegebener Blei-Säure-Batterie-Recyclingbetriebe anhand erhöhter Schwermetallgehalte im Boden zu identifizieren.
In den 1980er Jahren durchlief die Branche jedoch eine große Umstrukturierung. Neue Umweltgesetze zwangen Recycler, die Umweltschutzmaßnahmen zu verbessern. Als Reaktion darauf schlossen viele kleine Recycler. Diejenigen, die verblieben, wurden zu integrierten Batterierecyclingbetrieben mit verbesserten Umweltschutzmaßnahmen konsolidiert. Heute recyceln ein Dutzend stark regulierter sekundärer Bleihütten die überwiegende Mehrheit der verbrauchten Blei-Säure-Batterien in den USA.
Angesichts der Tatsache, dass die weltweite Produktion von Lithium-Ionen-Batterien inzwischen die Blei-Säure-Batterien überholt hat, lohnt es sich zu fragen, warum Blei-Säure-Batterien so lange und so effizient recycelt wurden und welche Lehren daraus gezogen werden können, um den Kreislauf der Lithium-Ionen-Batterien zu schließen. Betrachten Sie diese drei Punkte:
Erstens sind die Chemie und das Format von Blei-Säure-Batterien hochgradig standardisiert, was das Recycling vereinfacht. Anders als bei Lithium-Ionen-Batterien, die in einer Reihe von Chemien und einer Vielzahl von Formen (zylindrisch, flach, Beutel usw.) erhältlich sind, reduziert die relative Einheitlichkeit verbrauchter Blei-Säure-Batterien die Notwendigkeit, verbrauchte Blei-Säure-Batterien zu sortieren Chemie, Form oder Größe. Das erleichtert die Massenverarbeitung.
Zweitens besteht der Metallgehalt von Blei-Säure-Batterien fast ausschließlich aus metallischem Blei und Bleioxidpaste – die beide normalerweise durch pyrometallurgische Recyclingprozesse bei mehr als 2000 Grad Fahrenheit zurückgewonnen werden. Nach der Verarbeitung ist das zurückgewonnene Blei sowohl funktional gleichwertig als auch kostenmäßig konkurrenzfähig mit Blei aus Primärerz.
Im Vergleich dazu sind Lithium-Ionen-Batterien materiell weitaus komplexer. Dies erfordert maßgeschneiderte Lithium-Ionen-Recyclingprozesse zur Rückgewinnung einer Reihe von Kathodenmaterialien (Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan, Eisen usw.), Anodenmaterialien (Graphit) und Leitern (Aluminium und Kupfer). Diese Komplexität stellt erhebliche Herausforderungen an die effiziente Rückgewinnung von Materialien und deren kostengünstige Verarbeitung zur Wiederverwendung.
Drittens verboten Bund und Länder ab den 1980er Jahren die Entsorgung von Blei-Säure-Batterien aufgrund der hohen Toxizität von Blei. Obwohl einige verbrauchte Blei-Säure-Batterien zum Recycling ins Ausland verschifft werden, werden die meisten im Inland recycelt. (Es wurden Bedenken hinsichtlich des Versands verbrauchter Batterien an weniger gut regulierte Einrichtungen in Mexiko geäußert.) Das bedeutet, dass das Recycling eine wichtige Rolle dabei gespielt hat, sicherzustellen, dass die Vereinigten Staaten über eine reiche und zuverlässige Quelle für einheimisches Blei verfügen.
Mit Blick auf die Zukunft wird der Umfang des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien schnell zunehmen. Große Mengen an gebrauchten großformatigen Elektroautobatterien versprechen, die Skaleneffekte voranzutreiben, die erforderlich sind, um den Kreis der Lithium-Ionen-Batterien zu schließen. Studien weisen darauf hin, dass Recycling das Potenzial hat, die kumulierte Nachfrage nach Lithium, Kobalt und Nickel, die zur Elektrifizierung des Verkehrssektors benötigt werden, zwischen 2020 und 2050 um bis zu 30 Prozent zu reduzieren.
Die Ausweitung des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien wird auch Möglichkeiten zur Verbesserung der Nachhaltigkeit von Recyclingvorgängen schaffen. Bestehende pyrometallurgische Prozesse für Lithium-Ionen-Batterien gewinnen oft nur einen Bruchteil des Metallgehalts von Altbatterien zurück (normalerweise angetrieben durch den Wert von Kobalt). Direkte Recyclingstrategien, wie sie am Argonne National Laboratory erforscht werden ReCell-Centerhaben das Potenzial, die Materialrückgewinnung erheblich zu verbessern und den Energieeinsatz und potenzielle Schadstoffe aus dem Recycling von Lithium-Ionen-Batterien zu reduzieren.
Obwohl es in den Vereinigten Staaten zunehmend privatwirtschaftliche und staatliche Initiativen zur Förderung des Recyclings gibt, könnte der Strom verbrauchter Lithium-Ionen-Batterien und der darin enthaltenen Ressourcen leicht ins Ausland umgeleitet werden. Langfristig kann eine robuste US-Lithium-Ionen-Recyclingindustrie eine wichtige Rolle bei der Sicherung heimischer Quellen für fortschrittliche Batteriematerialien spielen. Obwohl seine Bedeutung wenig gewürdigt wird, ist dies genau die Rolle, die die Bleirecyclingindustrie seit Mitte des 20. Jahrhunderts bei der Unterstützung der heimischen Herstellung von Bleisäurebatterien gespielt hat.
Dieser Beitrag ist eine Adaption des in Kürze erscheinenden Buches von James Morton Turner. Aufgeladen: Eine Geschichte der Batterien und Lehren für eine saubere Energiezukunft (August 2022). Sie können mehr darüber erfahren Berechnet bei http://charged-the-book.com. Turner twittert unter @_jay_turnäh
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