Lithium – ein strategisches Metall
Im Produktionsprozess von Primärbatterien fallen metallische Lithiumabfälle an, welche aufgrund ihrer Reaktivität und den hohen Ansprüchen an die Reinheit des
Herstellungsprozesses nicht intern im Kreislauf rückführbar sind oder auf wirtschaftlichen Wegen erneut zu metallischen Lithium als Ausgangsmaterial für die Batterieherstellung genutzt werden können. Daher werden bislang alle metallischen Lithiumrückstände entsorgt, und ein wertvoller Rohstoff geht verloren.
Recycling von Lithiummetall zu Lithiumhydroxid
Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung, Optimierung und Skalierung des Verfahrens für das Recycling von lithiumhaltigen Produktionsrückständen aus der Lithiumbatterieherstellung. Bei der Batterieproduktion werden Stanzreste der Lithiumfolien sowie Folien mit anhaftendem organischem Elektrolyten aus Produktionsfehlchargen gegenwärtig kostenpflichtig entsorgt. Verwertungsziel ist die Überführung des Lithiummetalls in ein marktfähiges Produkt zur Weiterverwendung, zum Beispiel bei der Herstellung von Sekundärbatterien, in der Glas-, Emaille- und Keramikindustrie oder als Schmiermittel.
Der innovative Charakter dieses Prozesses ist die nasschemische Verarbeitung der Metalle durch kontrollierte Hydrolyse mit anschließender thermischer Nachverbrennung des bei der Hydrolyse freiwerdenden Wasserstoffs. Nach einem ersten Reinigungsschritt durch Ausnutzung des amorphen Charakters der Alkalimetalle entsteht eine Suspension, deren Verunreinigungen mithilfe von bekannten Filtrationsmethoden getrennt werden können. Nach einem zweiten und dritten Reinigungsschritt liegt Lithiumhydroxid als Monohydrat in kristalliner Form mit hohem Reinheitsgrad (>99,0 %) vor.
Optimierung und Skalierung aus dem Labor in den Demonstratormaßstab
Durch den Projektpartner TU Bergakademie Freiberg, Institut für Technische Chemie (ITC) erfolgt die Prozessentwicklung und Optimierung hinsichtlich Betriebssicherheit, Lithiumausbeute und Produktreinheit. Anschließend erfolgt die Planung und der Bau einer Demonstrationsanlage beim Projektpartner FNE Entsorgungsdienste Freiberg GmbH (FNE) zur Skalierung des Verfahrens. Durch die FME Freiberger Metallrecycling und Entwicklungsdienstleistungen erfolgt die europaweite Eduktakquise von Lithiummetallabfällen aus der Primärbatterieproduktion und Vorbereitung zur Lithiumhydroxidvermarktung sowie die Stoffstromanalyse des entwickelten und optimierten Gesamtprozesses. Durch ein effektives inländisches Lithiumrecycling werden Transportwege kurz und CO2-Emissionen geringgehalten. Damit wird ein wesentliches klimaschutzpolitisches Ziel der Elektromobilität in die Tat umgesetzt.
Als erstes Edukt werden Produktionsabfälle von der Litronik Batterietechnologie GmbH, weltweit einer der wenigen Anbieter von kompakten, höchst zuverlässigen Lithiumbatterien für aktive Implantate, zur Prozessentwicklung und Optimierung genutzt.
Geförderte Projektpartner
FNE Entsorgungsdienste Freiberg GmbH
FNE Entsorgungsdienste Freiberg GmbH ist ein zertifizierter Entsorgungsfachbetrieb nach § 56 KrWG. FNE entsorgt aus überwiegend aus Industrie und Gewerbe, aber auch aus Haushaltungen Abfälle, die nach Abfallverzeichnisverordnung als gefährlich oder nicht gefährlich eingestuft sind. Die Anlage ist für den gesamten Abfallartenkatalog nach KrWG im Rahmen der zertifizierten Tätigkeiten Behandeln, Zwischenlagern, Transportieren zugelassen mit Ausnahme von radioaktiven, infektiösen Abfällen. Im Rahmen der Entsorgungsverträge mit namhaften Unternehmen deutschlandweit auf dem Gebiet der chemischen und pharmazeutischen Synthese und Solarindustrie bestehen umfangreiche Erfahrungen in dem Umgang, der Behandlung, Endentsorgung und Verwertung auch schwierigster Abfallstoffe. Die vertraglich gebundenen Entsorgungsanlagen sind mit modernster Technik ausgerüstet und garantieren so eine zuverlässige und wirtschaftliche Verwertung und Beseitigung zwischengelagerter und in der Anlage FNE behandelter Abfälle. Darüber hinaus bietet FNE Dienstleistungen, Analytik und Consulting zu ausgewählten Problemstellungen der Umwelttechnik, Abfallentsorgung/Verwertung/Behandlung, des Immissionsschutzes und dem Umgang und der Einstufung wassergefährdender Stoffe an. Dazu zählen Beratung, Deklarationsanalysen, Entsorgungskonzepte, Einsammeln/ Transporte, Vorbereitende Behandlung und Entsorgungsnachweise. Wie beschrieben hat FNE bereits Erfahrung in der Rückgewinnung von Edel- und Technologiemetallen. Durch die hier beschriebenen Entwicklungsarbeiten will FNE dieses Marktsegment weiter ausbauen, um sich ein Alleinstellungsmerkmal in der Entsorgungswirtschaft zu erarbeiten. Ziel ist das technologische Know-How für die Aufarbeitung von Sonderabfällen und Rückgewinnung über die gesamte Bandbreite werthaltiger Inhaltsstoffe auf hohem wissenschaftlichem Niveau. Für den hieraus zu generierenden wirtschaftlichen Erfolg, d.h. die inhaltliche Abgrenzung gegenüber der Konkurrenz und die langfristige Sicherung von Arbeitsplätzen am Standort Freiberg, hat FNE nicht nur die notwendigen Kompetenzen, sondern hin-sichtlich Ressourcen- und Marktzugang auch ideale Voraussetzungen.
TU Bergakademie Freiberg, Institut für Technische Chemie (ITC)
Die Arbeitsschwerpunkte am Institut für Technische Chemie unter der Leitung von Prof. Dr. rer. nat. habil. Martin Bertau liegen in den Bereichen Rohstoffchemie und Weiße Biotechnologie (Industrielle Biokatalyse). Ziel im Bereich Rohstoffchemie sind neue Verfahren zur nachhaltigen Produktion von Energie‐ und Chemierohstoffen wie z.B. Lithium, Germanium, Elektronikmetalle, Seltene Erden und Wasserstoff, aber auch die Verwertung von Biomasse und Begleitgasen zur Erzeugung hochoktaniger synthetischer Treibstoffe. Ein weiterer Fokus liegt auf der Nutzung von Kohlenstoffdioxid zur Erzeugung von chemischen Grundstoffen. Für seine Arbeiten zur Phosphatrückgewinnung wurde Prof. Bertau 2012 zusammen mit Prof. Weigand mit dem Ressourceneffizenzpreis des Bundeswirtschaftsministers und 2013 mit dem Innovationspreis Mitteldeutschland ausgezeichnet. 2014 erhielt das Institut zusammen mit der Firma FNE Entsorgungsdienste den Sonderpreis des Sächsischen Ministeriums für Wissenschaft und Kunst für den im Rahmen des SepSELSA-Projektes entwickelten Recyclingprozess für SE-haltige Leuchtstoffabfälle.
FME Freiberger Metallrecycling und Entwicklungsdienstleistungen GmbH 
FME Freiberger Metallrecycling und Entwicklungsdienstleistungen GmbH ist ein junges Unternehmen, das sich der Entwicklung neuer Ansätze im Metallrecycling verschrieben hat und bisher maßgeblich für Freiberger Unternehmen Unterstützung beim Aufbau von Recyclingprozessen für industrielle Abfallfraktionen geleistet hat. Perspektivisch ist der Aufbau eigener Produktionskapazitäten zur Verwertung von Metallfraktionen und Seltenmetallen aus Abfallströmen geplant. Bestandteil des Geschäftsmodells ist derzeit auch das Handeln werthaltiger Abfälle.