Ein innovatives Verfahren der Rice University nutzt Mikrowellen, um Lithium 100 Mal schneller zurückzugewinnen als mit bisherigen Methoden und schont zusätzlich die Umwelt.
Recycling von ausgedienten Lithium-Batterien könnte den Bedarf an frischem Metall reduzieren, meinen Forscher der Rice University mit einem neuen Verfahren, das die Wiedergewinnung des Rohstoffes wirtschaftlich attraktiv werden soll. Denn: Der umweltschädliche Abbau stößt immer häufiger auf Widerstand, wie Serbien jetzt erfahren muss, das gewaltige Lithium-Funde im Land nutzen möchte, um die Vorherrschaft von China und südamerikanischen Ländern zu brechen.
Lang, teuer, umweltschädlich
Immer mehr Batterien müssen aussortiert werden, weil ihre Kapazität nach einigen Gebrauchsjahren nicht mehr ausreicht. Smartphones sind dann schnell leer und E-Autos schaffen nur noch kurze Strecken. Das Lithium zurückzugewinnen ist möglich, aber langwierig, teuer und ebenfalls mit Umweltbelastungen verbunden. Das Verfahren der Rice-Forscher beschleunigt den Prozess dramatisch und erhöht gleichzeitig die Recycling-Quote signifikant.
Die Chemikerin Sohini Bhattacharyya und die Materialwissenschaftlerin und Nanoingenieurin Salma Alhashim setzen bereits erprobte starke eutektische Lösungen ein. Das sind Gemische aus verschiedenen Stoffen, deren Mengenverhältnis so ausgelegt ist, dass sie flüssig sind. Damit haben bereits andere Lithium-Recycler gearbeitet, ohne den Durchbruch geschafft zu haben. Der Prozess dauerte so lange, dass Wirtschaftlichkeit nicht einmal ansatzweise in Sicht kam.
Mit Mikrowellen zum Highspeed
Erhitzen würde das Auslaugen des wertvollen Metalls zwar beschleunigen, doch der Energieaufwand wäre untragbar hoch. "Wir haben eine Lösung verwendet, die aus einer Mischung von Cholinchlorid und Ethylenglykol besteht, da wir aus unseren früheren Arbeiten wissen, dass es funktioniert", so Alhashim. Das Erhitzen mit Mikrowellen bot sich an, weil Cholinchlorid sehr effektiv aufnimmt, sich also schnell erwärmt. "Die Energie wird direkt auf die Moleküle übertragen, sodass die Reaktion viel schneller abläuft als bei herkömmlichen Heizmethoden", so Bhattacharyya.
Tatsächlich ließ sich der Extraktionsprozess auf diese Art um das Hundertfache beschleunigen. In nur 15 Minuten ließen sich 87 Prozent des Lithiums auszulaugen. Bei herkömmlicher Erwärmung dauert es zwölf Stunden. "Diese Methode erhöht nicht nur die Rückgewinnungsrate, sondern minimiert auch die Umweltauswirkungen, was ein vielversprechender Schritt in Richtung eines groß angelegten Einsatzes ist", sagt Pulickel Ajayan, Materialwissenschaftler der Rice University.