Wissenschaftler der Universität Surrey haben eine mikrobielle elektrochemische Technologie entwickelt, mit der 90 bis 95 Prozent des Lithiums aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien zurückgewonnen werden können. Der Durchbruch bietet eine nachhaltigere und kostengünstigere Alternative zu herkömmlichen Rückgewinnungsmethoden und könnte auf die Rückgewinnung anderer wertvoller Batteriemetalle wie Kobalt ausgeweitet werden.
„Das vom Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) finanzierte Projekt BELIEVE (BioElectrochemical LIthium rEcoVEry) hat sich zum Ziel gesetzt, eine der größten Herausforderungen beim Recycling von Lithium-Ionen-Batterien zu bewältigen: die Verringerung der ökologischen und wirtschaftlichen Kosten. Lithium-Ionen-Batterien treiben einen Großteil unserer modernen Technologie an, von Telefonen bis hin zu Elektrofahrzeugen, aber die derzeitigen Recyclingverfahren sind nach wie vor energieintensiv, kostspielig und ineffizient. Unser Ziel war es, ein bioelektrochemisches System (BES) zu entwickeln, das mikrobielle elektrochemische Technologie nutzt, um hochreines Lithium aus gebrauchten Batterien zu extrahieren – was derzeit nur sehr schwer möglich ist“, so Professor Claudio Avignone Rossa, Professor für Systemmikrobiologie.
Biotechnologische Alternativen zu konventionellen Verfahren gewinnen an Bedeutung
Bei herkömmlichen Verfahren werden nur geringe Mengen Lithium gewonnen, manchmal nur 5 Prozent, während fortschrittlichere Verfahren zwar höhere Ausbeuten erzielen, aber auf ätzende Chemikalien angewiesen sind.
„Dieses Projekt kommt zur rechten Zeit, denn es gelten strenge Vorschriften für die Sicherheit von Materialien, insbesondere von technischen Metallen wie Lithium. In diesem Zusammenhang wurde versucht, Lithium durch Extraktion, Ausfällung, Elektrosynthese und Kristallisation aus Solen zu gewinnen, doch diese Methoden sind mit besonderen Herausforderungen verbunden, wie zum Beispiel einer geringen Gewinnung von Lithiumverbindungen. Um den LIB-Kreislauf zu schließen und dadurch die Produktqualitäten und Rückgewinnungsraten, die Robustheit des Prozesses, die soziale Gerechtigkeit, die wirtschaftliche Rentabilität, die Gesundheit, die Sicherheit, die Umwelt und die Gesetzgebung zu verbessern, ist eine auf Biotechnologie basierende Bioraffination erforderlich. In dieser Forschungsarbeit haben wir ein biologisches System zur Rückgewinnung von hochreinem Lithium aus industrieller Schwarzmasse, einem gebrauchten Lithium-Ionen-Batteriematerial, nach thermischer und mechanischer Verarbeitung und Abtrennung von Aluminium und Eisen optimiert“, kommentiert Professor Jhuma Sadhukhan, Leiterin des Global Center for Sustainable Bioproducts im Vereinigten Königreich.
„Durch den Einsatz speziell ausgewählter Mikroorganismen zur Übertragung von Elektronen und zur Gewinnung von Lithium haben wir einen saubereren, nachhaltigeren Ansatz entwickelt, der die Abhängigkeit von schädlichen Chemikalien drastisch reduziert. Unsere nächsten Schritte werden sich auf Vorschläge zur Erweiterung der Technologie konzentrieren, um alle wertvollen Metalle aus Batterien zu gewinnen und abzutrennen, einschließlich hochwertigem Kobalt, Nickel und Mangan. Dies ist zwar eine Herausforderung, aber ein entscheidender Schritt auf dem Weg zu einer echten Kreislaufwirtschaft für Batterien“, fügt Dr. Siddharth Gadkari, Dozent für chemische Verfahrenstechnik hinzu.
Kreislaufwirtschaft im Fokus europäischer Umwelt- und Recyclingziele
„Bioelektrochemische Systeme sind unglaublich vielseitig und bieten dank der vielen Variablen, die wir fein abstimmen können, ein breites Spektrum an Möglichkeiten. Wir befinden uns zwar noch in der Anfangsphase und hatten mit einigen Herausforderungen zu kämpfen, aber diese ersten Ergebnisse sind unglaublich spannend. Unsere Arbeit öffnet die Tür zu weiteren biotechnologischen Innovationen, indem wir Techniken, die bisher nur selten miteinander kombiniert wurden, zu einer leistungsstarken Synergie zusammenführen. Unser Ziel ist es, die nachhaltige Gewinnung von wertvollen Metallen wie Lithium zu ermöglichen, die für das moderne Leben unerlässlich sind. Wir freuen uns darauf, dieses spannende Gebiet gemeinsam mit zukünftigen Forschern weiter zu erforschen und voranzutreiben“, sagt Dr. Marina Ramirez Moreno, Wissenschaftliche Mitarbeiterin.
Die Entwicklung eines skalierbaren Verfahrens zur effizienten Rückgewinnung von Lithium, Kobalt und anderen wertvollen Metallen wird nicht nur die Abfallmenge reduzieren, sondern auch die Abhängigkeit von umweltschädlichen Bergbaupraktiken verringern. Es steht auch in engem Einklang mit den EU-Vorschriften zum Green Deal 2020, die bis 2030 eine Recyclingeffizienz von 65 Prozent für Lithium-Ionen-Batterien und eine Rückgewinnungsrate von 70 Prozent für Lithium vorsehen. Ähnliche Vorschriften sind im Vereinigten Königreich zu erwarten, was die Bedeutung der Beiträge des BELIEVE-Projekts zu nachhaltiger Technologie und Ressourcenmanagement unterstreicht. Das Team plant nun, neue Vorschläge zu unterbreiten, um zu untersuchen, wie alle Metalle aus Lithium-Ionen-Batterien zurückgewonnen werden können.
