Batterijrecycling met uitzonderlijke materiaal terugwinningspercentages

Gepubliceerd op 28 oktober 2021

De toename van het gebruik van batterijen zorgt ervoor dat er straks een enorme hoeveelheid batterijen te recyclen valt. Verschillende organisaties bereiden zich hierop voor. Zo heeft het Duitse Duesenfeld een proces ontwikkeld dat niet alleen de gebruikelijke metalen recyclet, maar ook grafiet, elektrolyt en lithium.

 

Het Duitse Duesenfeld heeft een proces ontwikkeld dat niet alleen de gebruikelijke metalen recyclet, maar ook grafiet, elektrolyt en lithium.

Waar de conventionele methode voor batterijrecycling pyrometallurgie is, gebruikt Duesenfeld een gepatenteerde methode die mechanische, thermodynamische en hydro metallurgische processen combineert. De laatste, hydrometallurgie wordt voorafgegaan door mechanische scheiding en het shredden van batterijen. Bij dit proces worden de grote metalen onderdelen gescheiden van de zogenaamde zwarte massa; het gemengde kathode- en anodemateriaal. De hydrometallurgische stap is een chemisch uitloogproces, waarbij de zwarte massa wordt opgelost in een zuur om kobaltsulfaat en zoveel mogelijk andere metaalzouten, maar ook het grafiet (anodemateriaal) terug te winnen. Volgens Duesenfeld levert hun methode uitzonderlijke materiaalterugwinningspercentages op met bijkomend voordeel dat er, doordat er geen hoge temperatuurprocessen bij komen kijken, zeer weinig energie voor nodig is. Dit is mogelijk omdat er geen gebruik wordt gemaakt van smelten, de techniek die vaak wordt gebruikt bij het recyclen van batterijen.

Met lithium-ion batterijen bereikt de Duesenfeld-methode een materiaalterugwinningspercentage dat bijna twee keer zo hoog is als bij conventionele recyclingmethoden
Page image

Duesenfeld gebruikt een gepatenteerde methode die mechanische, thermodynamische en hydro metallurgische processen combineert.

Hoog terugwinningspercentage

Het Duitse bedrijf heeft een eigen proces ontwikkeld dat niet alleen de gebruikelijke metalen uit een batterij recyclet, maar ook grafiet, elektrolyt en lithium. Doordat er materiaalrecycling plaatsvindt, hebben alle metalen een hoog terugwinningspercentage en kunnen ze gebruikt worden als hoogwaardige secundaire grondstoffen voor bijvoorbeeld nieuwe batterijen. Met lithium-ionbatterijen bereikt de Duesenfeld-methode een materiaalterugwinningspercentage dat bijna twee keer zo hoog is als bij conventionele recyclingmethoden. Aangevuld met hydrometallurgische processen is een recyclingpercentage van bijna 100 procent zelfs mogelijk

Page image

Het primaire doel van Duesenfeld is om zoveel mogelijk van het materiaal in een batterij te recyclen.

Materiaalrecyclingpercentage tot 91 procent

Het primaire doel van Duesenfeld is om zoveel mogelijk van het materiaal in een batterij te recyclen. Op dit moment kan de organisatie met het mechanische recyclingproces een materiaalrecyclingpercentage van 72 procent bereiken. Een behandeling vervolgens van de zwarte massa via het hydrometallurgische proces kan het materiaalrecyclingpercentage tot 91 procent verhogen. Alleen de separatorfilm en componenten van de elektrolyt met hoge kookpunten kunnen momenteel niet worden teruggewonnen. Deze percentages zijn hoger dan de huidige vereisten van de EU-batterijrichtlijn 2006/66/EG. Niet alleen Duesenfeld is bezig met innovatieve technologieën ook andere partijen in Europa werken hier hard aan. Manager Batterijen Janet Kes: “In plaats van de ruim 70 procent die we nu terugwinnen, zouden we in de toekomst dankzij deze nieuwe technologieën ruim 80 procent of zelfs 90 procent van de grondstoffen uit batterijen kunnen terugwinnen.”

Page image

Het Duitse Duesenfeld streeft uiteindelijk naar een recyclingpercentage van 100 procent.

Voor het verwerken van de zwarte massa, die de elektrode-actieve materialen en het geleidende zout bevat, heeft Duesenfeld een hydrometallurgische methode ontwikkeld

Hoe gaat het proces in z’n werk?

Na het ontladen en demonteren worden de batterijen in een atmosfeer van inert gas (een gas dat geen chemische reacties aangaat) gebroken en wordt het oplosmiddel in de elektrolyt door middel van vacuümdestillatie uit het gebroken materiaal teruggewonnen. Doordat dit op een lage temperatuur gebeurt, voorkom je dat er giftige gassen ontstaan. Het afgescheiden oplosmiddel wordt voor verdere bereiding naar de chemische industrie gestuurd. Het gedroogde gemalen materiaal wordt vervolgens gescheiden in verschillende materiaalfracties op basis van fysieke kenmerken zoals deeltjesgrootte, dichtheid, evenals magnetische en elektrische eigenschappen. Deze deeltjes ondergaan vervolgens verdere metallurgische verwerking. De ijzer-, koper- en aluminiumfracties gaan voor standaard recycling. Voor het verwerken van de zwarte massa, die de elektrode-actieve materialen en het geleidende zout bevat, heeft Duesenfeld een hydrometallurgische methode ontwikkeld. Deze gepatenteerde methode wint uit de zwarte massa kobalt, lithium, nikkel, mangaan en grafiet terug.

Dankzij de procedure van Duesenfeld is een volledig cyclusbeheer mogelijk. De grootste uitdaging vormt misschien wel het fluoride houdende zout bij de hydrometallurgische verwerking van de zwarte massa

Grootste uitdaging bij verwerken zwarte massa

Bij de meeste industriële hydro-metallurgische processen die momenteel worden toegepast voor het verwerken van de zwarte massa worden alleen kobalt en nikkel teruggewonnen, waarbij lithium, mangaan en grafiet verloren gaan uit de materiaalkringloop. Dankzij de procedure van Duesenfeld is een volledig cyclusbeheer mogelijk. De grootste uitdaging vormt misschien wel het fluoride houdende zout bij de hydrometallurgische verwerking van de zwarte massa. Dit wordt bij de Duitse organisatie in een specifieke voorbehandelingsstap verwijdert voor het uitlogen. Nadat het fluoride is verwijderd worden de metalen uitgeloogd en gescheiden van het grafiet, dat vervolgens gerecycled wordt. Lithium, kobalt, nikkel en mangaan worden in verschillende extractiemethoden van elkaar gescheiden, gereinigd en teruggewonnen in de vorm van zouten. Deze zouten dienen als basismateriaal voor de productie van nieuwe kathodeactieve materialen.

Page image

Doordat er materiaalrecycling plaatsvindt, hebben alle metalen een hoog terugwinningspercentage en kunnen ze gebruikt worden als hoogwaardige secundaire grondstoffen voor bijvoorbeeld nieuwe batterijen.

Elimineren van de kosten van batterijrecycling

De mechanische voorbereiding van lithium-ionbatterijen is niet zonder risico vanwege de brandbare elektrolyt en gevaarlijke ingrediënten. Om deze reden worden batterijen aan het einde van hun levensduur daarom meestal geclassificeerd als gevaarlijke goederen en daarom vervoerd in batterijtransportcontainers. Door voorafgaand het transport de elektrolyt van de andere materialen te scheiden is er geen speciaal batterijtransportcontainer voor de resulterende materialen nodig en kunnen deze producten vervoerd worden in een standaard container. De gemiddelde vrachtwagen kan hierdoor zeven keer zoveel materiaal vervoeren, wat beter is voor het milieu én de kosten van batterijrecycling drastisch doet slinken.