Produktion

Kreislaufwirtschaft:

Aus Reifen werden nachhaltige Lithium-Ionen-Batterien

Für den noch jungen und stark wachsenden Markt für Batterien zur Erzeugung von Elektromobilität sind Kreislaufwirtschaft und Nachhaltigkeit von Beginn an zentrale Themen.

Hierfür entwickelt RCB Nanotechnologies aus München mit dem Anlagenbauer Zeppelin Systems und weiteren Projektpartnern eine Technologie, die gereinigten Recyclingruß aus Altreifen verwendet, um Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln – und das mit einer höheren Leistung als bisher auf dem Markt verfügbar. Das zahlt auf das Thema Upcycling ein und schont Ressourcen. Damit leistet das Projekt einen direkten Beitrag zur Nachhaltigkeit.

Ab 2035 verbietet die EU die Zulassung neuer Autos mit Otto- oder Dieselmotor. Elektroautos sollen ab diesem Zeitpunkt eine klimaschonende Mobilität ermöglichen. Allerdings lassen sich die High-Tech-Materialien der in den Autos verbauten Lithium-Ionen-Batterien derzeit nur teilweise und äußerst aufwendig recyceln. Das sog. Kolibri-Projekt will diesen Umstand ändern.

Künftig sollen Batterien nicht nur wesentlich leichter, sondern auch nachhaltiger in der Herstellung und recycelbar sein. Auch die Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischer Zersetzung soll verbessert werden, was der Sicherheit zugutekommt. Außerdem sollen die Batterien durch eine Anpassung der Elektrolyte auch bei niedrigen Temperaturen viel Leistung abrufen können – ein Schwachpunkt aktueller Lithium-Ionen-Batterien.

Dabei wird gereinigter Recyclingruß (recovered Carbon Black, rCB) aus Altreifen zum nachhaltigen Ausgangsstoff für Lithium-Ionen-Batterien, die z.B. Elektroautos oder Laptops mit Energie versorgen. An der Realisierung dieser Idee arbeitet RCB Nanotechnologies gemeinsam mit Zeppelin Systems, dem Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR und zwei weiteren Industriepartnern im Projekt Kolibri. Startschuss des dreijährigen Projektes ist der 1. September 2022, geschätzte Kosten 3,5 Mio. EUR. Gefördert wird das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK mit 3 Mio. EUR. Ziel ist es, nachhaltige, sichere und recycelbare Elektrolyte und Elektroden für eine neue Batteriegeneration zu entwickeln – und etwa E-Autos damit noch klimafreundlicher zu machen.

Ruß statt Graphit

Gegenstand des Forschungsprojektes sind die Elektroden (Anode/Kathode) sowie die Elektrolyte der Batterien. Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien verwenden Graphit als Material für die Anode – ein Stoff, der im Hinblick auf Umwelt- und Gesundheitsschäden bedenklich ist. Anders bei dem Kolibri-Projekt: Hier wird die Anode aus einem hochporösen, vom DLR entwickelten Carbon-Aerogel bestehen, das aus nachhaltigen Biorohstoffen hergestellt werden soll. Dieses Gel wird mit aufbereitetem Industrieruß kombiniert, um die Leitfähigkeit zu verbessern. Der Clou: Den für den Herstellungsprozess benötigte Industrieruß gewinnt das Projektteam aus Altreifen.

Innovative Reinigungsmethode

Recycelter Industrieruß (rCB) ist mit metallischen Oxiden und Silikaten verunreinigt, was einen Einsatz in der Reifen- oder Batterieproduktion ausschließt. Allerdings hat hier die Firma RCB Nanotechnologies, die auch Konsortialführer des Projektes ist, zusammen mit dem Fraunhofer IBP ein Reinigungsverfahren entwickelt, mit dem rCB wieder vollständig von anderen Feststoffen gereinigt werden kann und somit u. a. wieder für die Herstellung von Reifen nutzbar ist. Derzeit plant Zeppelin Systems in Kooperation mit RCB Nanotechnologies den Bau einer solchen Anlage für die Reinigung von rCB. Der Reinigungsprozess soll im Rahmen des Kolibri-Projektes noch weiter optimiert werden: Ziel ist es, die Reinheit so weit zu erhöhen, dass sich rCB auch in Lithium-Ionen-Batterien einsetzen lässt. Somit können neue Rohstoffe aus der Kreislaufwirtschaft das Graphit ersetzen, um unsere Umwelt zu schonen.

Schon seit Jahren ist Zeppelin Systems weltweit im Markt der Reifenindustrie aktiv und bietet Anlagen und Verfahren für den Mischsaal. Neben dem Einsatz von rCB in Lithium-Ionen-Batterien setzt sich das Unternehmen ein weiteres Ziel, um Recyclingruß auch wieder bei der Produktion von neuen Reifen einzusetzen. Dabei engagiert sich Zeppelin Systems in nachhaltigen Technologien und unterstützt Reifenrecyclingverfahren vom werkstofflichen bis zum rohstofflichen Recycling.  
Im Kolibri-Konsortium plant das Projektteam im Übrigen nicht nur mit Carbon Black als Recyclingmaterial. Auch die Elektroden und der Elektrolyt werden so konzipiert, dass sich diese am Ende der Batterie-Lebensdauer wiederverwerten lassen. Letztendlich sollen alle Komponenten vollständig recycelt werden können. Im Sinne echter Nachhaltigkeit.

Autoren: Hans Schneider, Vice President Technology & Innovation,Zeppelin Systems GmbH;
Guido Veit, Vice President Sales Projects, Zeppelin Systems GmbH

 

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88045 Friedrichshafen
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