Herstellung von E-Auto-Batterien soll viel umweltverträglicher werden – und billiger

Ein deutscher Ex-Olympia-Schwimmer als Chef eines aufstrebenden australischen Technologie- und Rohstoffkonzerns – das ist schon per se eine ungewöhnliche Erscheinung. Auf der BGR-GERRI Rohstoffkonferenz 2022, auf der Anfang Juli in Hannover hochrangige Experten aus Industrie, Wissenschaft und Politik die „Rohstoffversorgung Deutschlands und die Transformation der Wirtschaft“ diskutierten, war Björn Zikarsky, der CEO von Pure Battery Technologies Ltd. (PBT), ein viel beachteter Gastredner.

Kathodenmaterial – unverzichtbar für die Produktion von E-Auto-Batterien

Der frühere Investmentbanker, der schon lange in Down Under lebt, hat auf der Konferenz der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) große Pläne angekündigt: Mit innovativen Verfahren zur Herstellung und zum Recycling wichtiger Batteriematerialien will PBT den rasant wachsenden Weltmarkt der Produktion von E-Auto-Batterien gehörig aufmischen.

Denn in Australien – das in der „post-fossilen“ Ära als Lieferant wertvoller Mineralien immer wichtiger wird – sind Prozesse erforscht worden, die ein immenses industrielles Potenzial aufweisen: die „Selektive Säurelaugung“ SAL (Selective Acid Leaching ) und die „Kombinierte Laugung“ CL (Combined Leaching). Richtig eingesetzt, könnten diese Verfahren die Herstellung von Kathodenmaterialien (CAM) und Vorläufer-Kathodenmaterialien (pCAM) um Größenordnungen energiesparender und recycling-fähiger machen als bisher.

Die Firma PBT hat es verstanden, ihre innovativen Prozesse zur industriellen Reife zu führen. Ihr Chief Technical Officer (CTO) William Hawker hat an der Universität von Queensland zentrale Elemente der neuen Verfahren selbst erforscht – und für PBT patentieren lassen. „Wir haben damit eine Art ‚Coca-Cola-Formel‘ für die Produktion des Nickel-basierten, aktiven Vorläufer-Kathodenmaterials gefunden“, sagt Zikarsky. Und genau solche Materialien seien für die weitere Entwicklung leistungsstarker Batterien unverzichtbar – in der Elektromobilität ebenso wie in anderen industriellen Anwendungen.

„PBT-Verfahren können bisherige Industrieprozesse ablösen.“

Der Konzern aus dem Pazifik zielt darauf ab, mit seinen Technologie-Innovationen zu einem der großen Zulieferer für die führenden Batterieproduzenten aus China, Japan und Südkorea aufzusteigen. Denn wenn die Verfahren SAL und CL halten, was sie versprechen, dann können die Batterieriesen wie CATL, LG, Samsung, Tesla und viele andere gleich zwei ihrer drängendsten Probleme lösen. Da ist zum einen ihr viel kritisierter, weil viel zu hoher Energieaufwand und Ausstoß an Treibhausgasen (carbon footprint). Und zum zweiten das bislang unzureichende Recycling der „Black Mass“ – dem künftig massenhaft anfallenden Kathodenabfall aus verbrauchten Batterien. Die neuen Verfahrenstechniken versprechen, die Wiederaufbereitung dieser Verbrauchsmaterialien um Längen effektiver und damit lohnender zu machen.

Denn die riesigen Akkus, das Herzstück von vielen Millionen künftiger Elektroautos, könnten mittels SAL und CL nicht nur den Primärverbrauch an seltenen Mineralien und umweltschädlichen Chemikalien reduzieren, der für ihre Produktion nötig ist. PBT´s neue Verfahren sollen auch dazu führen, dass in der Produktion der Schlüsselmaterialien viel weniger Energie eingesetzt werden muss als bisher erwartet. Damit würde der hohe CO₂-Ausstoß sinken, den Umweltexperten fürchten, wenn sie an die Vielzahl gigantischer Batteriefabriken („Giga-Factories“) denken, die derzeit in Planung sind – rund um den Globus, speziell aber in Europa.

Der PBT-Chef zeigt sich zuversichtlich, dass das klappt: „Wir glauben, dass unsere Verfahren die bisherigen Prozesse in der Industrie ablösen und einen neuen Standard setzen werden.“

Viel weniger CO₂ in der Batterieproduktion

Woran liegt es, dass die PBT-Patentverfahren SAL und CL die Produktion des Materialgemischs für die Hochleistungsbatterien, das vorwiegend aus Nickel, Mangan und Kobalt (NMC) besteht, so viel einfacher, schneller und energieeffizienter machen als alle bisher üblichen Verfahren? Vereinfacht gesagt, sind die herkömmliche Verfahren darauf ausgelegt, die drei Metalle in einem ersten Schritt zu trennen – um sie dann in weiteren, nachgelagerten Prozessen wieder „geordnet“ zusammenzuführen.

Diese „nachgelagerten Prozesse“ sind ausgesprochen zeit- und energieaufwändig. PBT geht mit SAL und CL einen grundlegend anderen Weg: „Mischmetall-Legierungen mit Nickel, Kobalt und Mangan kommen `ganz natürlich´ im Erdreich vor“, erklärt Zikarsky. „Beim SAL-Verfahren werden sie im Prozess ihrer Raffinerie zum Batteriematerial gar nicht erst getrennt, sondern nur sorgfältig von Unreinheiten gesäubert.“

Damit entfällt die energie-intensive Zuführung von Hitze und Druck, die zuerst zur Trennung der Metalle notwendig ist – und später noch einmal zur Wieder-Zusammenführung. „Der Einsatz der SAL -und CL- Technologie reduziert im gesamten Prozessverlauf den Energieeinsatz nachweislich um bis zu 70 Prozent. Und der CO₂-Ausstoß sinkt um bis zu 85 Prozent“, erläutert der PBT-Chef.

Der Wegfall vieler Zwischenschritte spart aber nicht nur viel Energie, sondern auch Zeit. Er senkt damit die Produktionskosten für „batteriefähiges“ Vorläufer-Kathodenmaterial – und das nicht nur um wenige Prozent, sondern um echte Größenordnungen. Diesen Vorteil haben vor allem der Automobilsektor und seine großen (Batterie-)Zulieferer weithin anerkannt: „Wir wollen mit unseren Verfahrensvereinfachungen ein führender Anbieter von NMC-Batterievorprodukten werden – weltweit und gerade auch in Europa“, sagt der PBT-Chef. Das Verfahren sei in der Industrie einmalig und durch zahlreiche Patente gut abgesichert.

PBT-Verfahren künftig auch im Recycling anwendbar

Was die PBT-Technologie im rohstoffarmen Europa besonders attraktiv macht: Das zeit- und ressourcensparende Verfahren lässt sich der Firma zufolge auch im künftigen Recycling der wertvollen Kathodenmaterialien nahtlos anwenden. Damit ließe sich der von der EU politisch angestrebte `Closed Loop´ verwirklichen: der (weitgehend) geschlossene Materialkreislauf, der die Wiederverwendung eines Großteils der eingesetzten – und nahezu vollständig importierten! – metallischen Batteriematerialien ermöglichen würde. Die Rohstoffe müssten zum gründlichen Recycling das EU-Gebiet gar nicht erst verlassen.

Für den Wahl-Australier Zikarsky, der ursprünglich aus Erlangen stammt, würde sich damit auch ein persönlicher Traum erfüllen. „Unsere Technologie kann einen wertvollen Beitrag zum `Closed Loop´-Ziel in Europa leisten“. Hinzu komme, dass die metallischen Materialien für die künftige Produktion von E-Auto-Batterien und ihren Kathoden nicht ausschließlich aus gebrauchten Batterien stammen müssten. Auch Abfall aus der Batterieproduktion („Black Mass“) und anderweitiger Metallschrott aus der Industrie sei dafür gut nutzbar.

Partnerschaften als Erfolgstreiber

Dass sich diese hochfliegenden Pläne nicht ohne ein weitreichendes Netz von Industriepartnerschaften verwirklich lassen, steht für Björn Zikarsky fest: „Kein einzelnes Unternehmen kann allein für den Closed Loop sorgen – auch nicht die ganz Großen wie BASF oder Dow Chemical.“ Deshalb arbeitet PBT schon jetzt in einer Vielzahl von Pilotprojekten mit Partnern aus der Automobil-, Chemie- und Metallbranche zusammen.

Als eine der wichtigsten Partnerschaften nennt Zikarsky die mit dem deutschen Recycling-Spezialisten Cronimet. Er verfügt über Niederlassungen in aller Welt und gilt weltweit derzeit als der größte Recycler für Nickel-Materialien. Eine zentrale Rolle als Rohstoffpartner im heimischen Australien spielt Poseidon Nickel Ltd. – ein Minenkonzern, der hauptsächlich in der Exploration und Förderung von Nickel-Sulfid-Rohstoffen tätig ist.

Eigenes Standbein in Deutschland

Wie hoch der australische Konzern mit dem globalen Ehrgeiz den Stellenwert Europas als Zukunftsmarkt einschätzt, wird daran deutlich, dass sich PBT vor zwei Jahren ein eigenes Standbein in Deutschland verschafft hat. 2020 haben die Australier die Nickel-Raffinerie Königswarter & Ebell Chemische Fabrik (K+E) in Hagen übernommen. Dort werden seither die Verfahren SAL und CL in Großserie und Produktkonformität getestet. „Aktuell sind die Kapazitäten noch gering. Der Standort hat heute vor allem Demonstrationscharakter.“ Genau das aber sei für viel Automobilpartner hierzulande von großer Bedeutung. „Mittelfristig ist es das Ziel, unsere Technologie überall dort einzusetzen, wo auch unsere Partner sind.“

Für die weitere Expansion in Deutschland und anderswo sieht der Firmenboss mit der umweltfreundlichen Prozesstechnologie beste Chancen. Für 2023/2024 plant PBT in Deutschland einen Umsatz von 150 Millionen Euro, global ab 2025/2026 mehr als eine Milliarde Euro. Der enorme Bedarf an Produktionskapazitäten für E-Auto-Batterien, so ist er überzeugt, lasse ein solches Wachstum absolut zu.

Bis 2030 erwarten Marktbeobachter für die Hochleistungs-Akkus einen Zuwachs auf eine Gesamtkapazität von 2.500 Gigawattstunden (GWh) pro Jahr. Gemessen am Produktionsvolumen von 234 GWh im Jahr 2020 bedeutet das in zehn Jahren mehr als eine Verzehnfachung.

Aufmacherfoto: Pure Battery Technologies (PBT)