Remanufacturing: Auf dem Weg zur Kreislaufwirtschaft von EV Batterien

Remanufacturing: Auf dem Weg zur Kreislaufwirtschaft von EV Batterien

Die Elektromobilität ist unsere Zukunft –

Aber ist die Wertschöpfung von EV Batterien für diese Entwicklung gerüstet?

„Meine Vision ist eine nachhaltige Wiederaufbereitung gebrauchter Lithium-Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen.“

„Ich bin überzeugt davon, dass Ansätze der Kreislaufwirtschaft eine unausweichliche Strategie sind, sowohl die wirtschaftliche als auch ökologische Effizienz von Elektrofahrzeugen zu steigern.“

sagt Dr. Sarah Fluchs.

Da geht doch mehr!

Bei der Anzahl an Elektrofahrzeugen und Batterien, die in den nächsten Jahren auf den Markt kommen werden, existiert ein entscheidendes Problem: Batterien verlieren im Laufe der Zeit und der Nutzungszyklen an Kapazität. Sinkt deren Kapazität auf unter 80% State-of-Health, ist der Einsatz im Elektrofahrzeug nicht mehr sinnvoll.

Dabei altern die einzelnen Batteriezellen im Gesamtbatteriesystem sehr unterschiedlich und nur wenige von ihnen unterschreiten die Ausfallgrenze. Jedoch bestimmen die schwächsten Zellen innerhalb der Batterie maßgeblich die Gesamtalterung. Obwohl der größte Teil des Gesamtbatteriesystems folglich noch in gutem Zustand ist, wird das komplette Batteriesystem ausgebaut und entsorgt. Noch intakte Komponenten gehen verloren, was sowohl wirtschaftlich als auch ökologisch ineffizient ist.

Es fehlt an Strategien

Wir stellen fest, dass die meisten Unternehmen und auch die Politik bisher keine konkrete Strategie zur Rücknahme und Wiederverwertung der Batterien haben. Hier kommen wir ins Spiel. Wir beraten einerseits Unternehmen, die in diesem Markt Fuß fassen wollen und bauen gemeinsam mit Kunden und Partnern unser technisches Wissen im Bereich Remanufacturing weiter aus.

Laut Gesetz ist der Hersteller verpflichtet, das Batteriesystem zurücknehmen und für dessen Entsorgung aufzukommen. Aktuell fallen dafür aufgrund ineffektiver und aufwendiger Prozesse sowie geringer Stückzahlen und ausbleibender Skaleneffekte hohe Kosten an. Viele Materialien gehen verloren oder können aufgrund von Verunreinigungen nicht mehr für Batterien genutzt werden.

An der Tatsache, dass der Markt zurückkommender Batterien, die am Ende ihres ersten Lebenszyklus sind, in den nächsten Jahren stark wachsen wird, gibt es allerdings keine Zweifel. Eine große Rolle spielt zudem das Design der Batteriesysteme, welches aktuell nicht für eine Demontage ausgelegt ist: Aus Sicherheits- und Kostengründen sind die Zellen beispielsweise zusammengeschweißt, so können einige Komponenten nur durch deren Zerstörung entfernt werden. Langfristig werden Batteriesysteme, die demontagefähig sind und so eine hohe Wiederverwertungsquote ermöglichen, allerdings einen höheren Restwert haben, wodurch auch wirtschaftliche Anreize für ein nachhaltiges Design gegeben sind.

Doch was steckt hinter dem Begriff „Remanufacturing“?

Im Remanufacturing liegt das Hauptaugenmerk auf der Wiederaufarbeitung der Batterien, was im Grunde genommen bedeutet, die Lebensdauer des Produkts oder der Komponente zu verlängern. Intakte Teile und Komponenten werden wiederverwendet, während die fehlerhaften oder defekten Komponenten entfernt, bzw. ersetzt werden. Hier spielt neben der Entwicklung geeigneter Testing und Demontageprozesse ein remanufacturingfähiges Design des Batteriesystems eine zentrale Rolle.

„Schon in meiner Promotion habe ich mich mit der Elektromobilität beschäftigt und die Fragestellung beleuchtet, wodurch die Verbreitung von Elektrofahrzeugen hinsichtlich des Marktanteils weltweit beeinflusst wird. Während meiner Forschungsarbeit an der RWTH Aachen haben meine Kollegen und ich für die Aufbereitung von Elektrofahrzeugen und deren Batterien innovative technische Lösungen entwickelt und erfolgreich in Demonstratoren umgesetzt. So konnten wir bereits diverse Auszeichnungen und Preise wie zum Beispiel den RWTH Innovation Award oder die European Battery Challenge gewinnen.

Erzählt uns Sarah

Nun arbeite sie gemeinsam mit Kollegen daran die gewonnenen Forschungsergebnisse und das Wissen in einem eigenen Spin-off zu kommerzialisieren.

„Mich fasziniert die Vision einer nachhaltigen elektrischen Mobilität und insbesondere die einmalige Chance, dass wir einen neuen Markt von Grund auf nachhaltig und zukunftsfähig gestalten können. Diese Chance müssen wir gemeinsam ergreifen und zwar jetzt!“

Dr. Sarah Fluchs,
Director Director Remanufacturing & Sustainability

In der Praxis kann das Ganze so aussehen: Nach der Rücknahme der gebrauchten Batteriesysteme werden diese bis auf Batteriezellebene analysiert und die jeweils beste Entscheidung für die Rückgewinnungsstrategie jeder einzelnen Komponente bestimmt. Die Lithium-Ionen Batteriemodule und -zellen werden demontiert, getestet und sortiert.

So können Einzelteile aufbereitet und entweder zu neuen Batteriesystemen für den direkten Wiedereinsatz im Fahrzeug oder für ein 2nd Life in stationären Energiespeichern aufgebaut werden. Die restlichen Komponenten können ebenfalls durch eine Sortierung in die spezifischen Recyclingwege eingebracht werden.

Ziel ist es in jedem Fall, den Lebenszyklus der Lithium-Ionen-Batterie und ihrer Komponenten zu erweitern und zu optimieren, um so insgesamt zu einem nachhaltigeren Umgang mit unseren Ressourcen und schließlich eine nachhaltige Mobilität zu realisieren – und das nicht erst in ferner Zukunft, sondern schon heute!

Als Director für Remanufacturing und Sustainability bei PEM Motion hat Sarah uns als wichtigen Partner in verschiedenen nationalen und internationalen Initiativen positioniert, um aktiv an den relevanten Themen in diesem Bereich und insbesondere an der Kreislaufschließung mitzuwirken und unsere Expertise einzubringen. So entwickeln wir unter anderem in der Circular Economy Initiative Deutschland gemeinsam mit verschiedenen Akteuren aus Wirtschaft, Wissenschaft und Zivilgesellschaft eine Roadmap für eine zukunftsfähige Kreislaufwirtschaft von Traktionsbatterien (https://www.circular-economy-initiative.de/).

Aktuell führen wir mit einer Gruppe führender Unternehmen aus unterschiedlichen Bereichen der Wertschöpfungskette ein spannendes und richtungsweisendes Projekt durch. Ziel dieser 9-monatigen Konsortialstudie (https://pem-motion.com/konsortialstudie/) ist die Demontage und Prüfung verschiedener Batteriepacks, deren SOH-Bestimmung, eine Komponentenanalyse und -bewertung, um einen detaillierten Branchenüberblick und best-practices verschiedener Aspekte von Batteriekomponenten und deren Recyclingfähigkeit zu geben. Wir beleuchten innovative Batteriesystemkonzepte und bewerten die Eignung für verschiedene Strategien für einen zweiten Lebenszyklus .