DemoSens - Digitalisierung einer automatisierten Demontage und sensorgestützten mechanischen Aufbereitung von Lithium-Ionen-Batterien für ein hochwertiges Recycling TV 1: Entwicklung sensorgestützter Prozesse für die mechanische Aufbereitung von Lithium-Ionen-Batterien

Abstract

Das hier adressierte Teilvorhaben des Projektes DemoSens fokussierte ein hochwertiges Recycling von Lithium-Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen, insbesondere durch die Optimierung der mechanischen Aufbereitung. Insgesamt sollte dadurch der bisherige Recyclingprozess optimiert und in seiner Effizienz gesteigert werden. Zur Optimierung der Stoffströme, die dem mechanischen Aufbereitungsprozess zugeführt werden, wurde im ersten Schritt ein Label für Batteriepacks mit dem Ziel entwickelt, durch geeignete integrierte Informationen eine (automatisierte) Demontage und Vorsortierung der demontierten Fraktionen zu ermöglichen. Beeinflusst wurden die Arbeiten durch die EU-Batterieverordnung1, die in 08/2023 in Kraft getreten ist und nun bestimmte Angaben und Gestaltungshinweise zum Label vorgibt. Letztere waren im dahin erarbeiteten Label-Entwurf bereits berücksichtigt; für eine Automatisierung der Demontage sind aber weitere Informationen erforderlich, die das in DemoSens erarbeitete Label auch beinhaltet. Grundlage war die durch das PEM der RWTH Aachen und dem IfU entwickelte Methodik zur automatisierten Erkennung und Demontage von Batteriekomponenten. Im nächsten Schritt wurde die mechanische Aufbereitung verbessert. Dazu wurden bereits mechanische aufbereitete Batteriefraktionen mit weiteren Aufbereitungsprozessen behandelt, wobei auch Sensortechniken zur Erkennung und Sortierung erprobt wurden. Durch eine detaillierte Analyse und iterative Anpassung der Prozesse wurden so reinere Fraktionen für die nachgelagerten Recyclingprozesse erzeugt und die Gesamteffizienz des Recyclings gesteigert. In der Demontage anfallenden Nebenstoffströme (Stromschiene, BMS, Kabel) können bereits etablierten Verwertungswegen (z. B. Kabelaufbereitung, Elektroaltgerätverwertung) zugeordnet werden. Vor einer Sortierung dieser, sollten diese zerkleinert werden, um Verbunde zu lösen. Die sensorbasierte Sortierung für bereits zerkleinerte Batteriemodule eignet sich lediglich für massive Partikel aus der Batterie (z. B. Gehäuse, Stromschiene) welche insgesamt einen Anteil von 16 % der Batterie ausmachen. Aus den erarbeiteten Erkenntnissen und Zusammenhängen wurde abschließend ein Gesamtkonzept zur Vorsortierung und mechanischen Aufbereitung demontierter LIB-Fraktionen entwickelt und bewertet. Insgesamt konnten so 78 % aller Materialien des Batteriepacks zurückgewonnen werden. Aufgrund des geringen Anteils und der kostenintensiven Investition der Sensortechnik, lohnt sich in wirtschaftlicher Hinsicht eher eine externe Aufbereitung der massiven Partikel, um Stillstandzeiten zu vermeiden.