Ohne Batterien könnten viele technische Geräte nicht verwendet werden, egal ob im Haushalt oder in der Industrie. Sie zu recyceln ist wichtig, denn sie enthalten giftige Substanzen, die richtig entsorgt werden müssen und außerdem auch wertvolle bzw. seltene Materialien, die man wiederverwenden kann. „Moderne Batterien, wie Nickel-Metallhydrid (Ni-MH) und Lithium-Ionen-Batterien, bestehen aus vielen Materialien, darunter Nickel, Lanthan, Lithium, Zink, Mangan, Kobalt und anderen Metallen. Einige dieser Materialien zählen zu den ‚Seltene Erden‘. Der Begriff ‚selten‘ bedeutet nicht zwangsläufig, dass diese Elemente wirklich knapp vorhanden sind, sondern vielmehr, dass sie schwer zu gewinnen und wirtschaftlich zu veredeln sind, was die Produktionskette herausfordert“, erklärt Günther Rupprechter, Leiter des Instituts für Materialchemie an der TU Wien.
Batterieabfälle
Batterieabfälle sind aufgrund der in den Batterien enthaltenen giftigen Materialien ein Risiko für Umwelt und Gesundheit. Werden sie falsch entsorgt, kann dies zu chemischen Lecks, Bränden und Verschmutzung führen. „Diese Bedenken gelten insbesondere für wiederaufladbare Batterien wie Ni-MH und Lithium-Ionen Batterien, die Schwermetalle und gefährliche Verbindungen enthalten. Einweg-Alkalibatterien, sofern sie ordnungsgemäß entsorgt werden, stellen in der Regel ein geringeres Umweltrisiko dar“, so Rupprechter.
Bisherige Methoden, um Batterien zu recyceln, fokussierten auf die Rückgewinnung wertvoller Metalle wie Nickel, Kobalt und Lithium. Dazu wurden verschiedene Methoden wie mechanische Trennung, chemische Auslaugung und Hochtemperatur-Prozesse angewandt. Diese haben aber Nachteile: „Die Recyclingkapazitäten sind nach wie vor begrenzt, und die derzeitigen Technologien gewinnen nicht alle wertvollen Komponenten effizient und vollständig zurück.“
Innovative Methode
An der TU Wien ist es nun gelungen, eine neue innovative Möglichkeit zu finden, um Batterien zu recyceln. Diese Methode geht über die herkömmlichen Verfahren hinaus und integriert auch das Konzept des Upcyclings: Das Nickel aus den verbrauchten Ni-MH-Batterien und Reste von Alufolien (wie man sie etwa aus der Küche kennt) werden zu einem Katalysator vereint. In der Chemie versteht man unter einem Katalysator einen Stoff, der chemische Reaktionen erst herbeiführt oder beeinflusst. „Dieser Katalysator ist dann in der Lage, CO₂ in Methan umzuwandeln“, erklärt Günther Rupprechter. „Während traditionelles Recycling Materialien in ihre Rohbestandteile zerlegt, was mitunter zu Qualitätseinbußen führt, erhöht Upcycling deren Wert und Funktionalität. Der Katalysator ist langlebig und nachhaltig und kann nach Gebrauch auch wieder recycelt werden.“
Zahlreiche Vorteile
Das Verfahren hat einige Vorteile: Erstens funktioniert es unter milden Reaktionsbedingungen, etwa einer Temperatur von nur 250 Grad, das ist deutlich energieeffizienter als bei anderen Recyclingtechniken. Zweitens löst das Verfahren gleich zwei große ökologische Herausforderungen, nämlich Batterieabfall und CO₂-Emissionen. Günther Rupprechter: „Durch die Umwandlung dieser Abfallstoffe in einen Katalysator, der die Nutzung von Treibhausgasen erleichtert, unterstützt dieser Ansatz sowohl die Ressourcenrückgewinnung als auch den Klimaschutz.“ Drittens verringert das Upcycling die Abhängigkeit von Rohstoffen, die erst abgebaut werden müssten; somit trägt es zu eine kreislauforientierten und nachhaltigen Wirtschaft bei. „Dieser Durchbruch zeigt nicht nur einen neuartigen Weg für eine nachhaltige Kraftstoffproduktion auf, sondern unterstreicht auch, wie wichtig es ist, Abfall als wertvolle Ressource neu zu denken.“
Emissionen verringern
Es mag verwunderlich sein, dass ein Prozess, bei dem Methan generiert wird, als umweltfreundlich gilt, schließlich ist Methan selbst ein Treibhausgas. Günther Rupprechter erklärt die Hintergründe: „Diese Methode trägt zur Reduzierung der CO₂-Emissionen bei, indem sie CO2 in Methan umwandelt, das als Kraftstoff dienen kann. Methan wird weitläufig als Energieträger in der Industrie und in Kraftwerken eingesetzt und kann über die bestehende Erdgasinfrastruktur gespeichert oder transportiert werden. Natürlich wird dann Methan unter Umständen wieder zu CO2 verbrannt. In einem geschlossenen Kreislaufsystem trägt die Nutzung von aus CO₂ gewonnenem Methan allerdings dazu bei, die Gesamtkohlenstoff-Emissionen zu begrenzen.“
Aktuell untersucht das Forschungsteam an der TU Wien, inwiefern sich das Verfahren für die industrielle Anwendung nutzen lässt. Es braucht – trotz erfolgreicher Testung im Labor – noch weitere Investitionen. Günther Rupprechter ist optimistisch, dass das Verfahren künftig eingesetzt wird: „Wir sehen in dieser Methode ein erhebliches Potenzial für eine nachhaltige Kraftstoffproduktion und Abfallwirtschaft.“
