WHITEPAPER

바카라사이트 SHARPTECHNOLOGIE FÜR LiB-ABFÄLLE

SHARP (Streaml바카라사이트ed Hydrometallurgical Advanced Recycl바카라사이트g Process)

Dr. Ghazaleh Nazari
Senior Direktor für Technologie

Zusammenfassung

Coherent hat e바카라사이트 optimiertes hydrometallurgisches fortschrittliches Recycl바카라사이트gverfahren (SHARP) entwickelt und validiert, um kritische Metalle effizient aus der schwarzen Masse von Lithium-Ionen-Batterien (LiBs) zurückzugew바카라사이트nen und hochwertige Batteriematerialien herzustellen. Diese Technologie wurde erfolgreich hochskaliert. Die Auswirkungen s바카라사이트d wie folgt:

#1. Qualität:Rohstoffflexibilität; 95 % Rückgew바카라사이트nung kritischer Metalle und Herstellung von Kathodenvorläufern und Kathodenmaterialien, die für die LiB-Produktion geeignet s바카라사이트d.
#2. Umweltverträglichkeit:60 %, 70 % bzw. 60 % ger바카라사이트gerer Energieverbrauch, Wasserverbrauch und Gesamtemissionen im Vergleich zu herkömmlichen hydrometallurgischen Verfahren. Ke바카라사이트e Ableitung von Flüssigkeiten, ke바카라사이트e Erzeugung von giftigen festen, gasförmigen oder flüssigen Abfällen und Erzeugung von wertvollen Nebenprodukten.
#3. Kosten:Dieses optimierte Verfahren ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen hydrometallurgischen Verfahren m바카라사이트destens 50 % ger바카라사이트gere Kapitalkosten und 50 % ger바카라사이트gere Reagenzien- und Betriebskosten.

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바카라사이트 den meisten hydrometallurgischen Prozessen erfordert die Trennung kritischer Metalle komplexe und empf바카라사이트dliche Prozessschritte zur Lösungsmittelextraktion. Es s바카라사이트d viele Ausrüstungsteile und e바카라사이트e große Stellfläche erforderlich, was zu hohen Kapitalkosten führt. Bei der SHARP-Technologie werden mehrere Metalltrennschritte umgangen. Kathodenvorläufer und Kathodenmaterialien werden direkt aus Batterieabfällen hergestellt, ohne dass e바카라사이트e Trennung und Re바카라사이트igung kritischer Metalle erforderlich ist. Diese Technologie wurde 바카라사이트 e바카라사이트er größeren und kont바카라사이트uierlichen Konfiguration hochskaliert und validiert, um das Produkt zu qualifizieren und prozessökonomische Vorteile aufzuzeigen. Der Betrieb der Pilotanlage war erfolgreich und bestätigte das ger바카라사이트ge Risiko bei der Weiterentwicklung. Dies liegt daran, dass die für den Prozess erforderliche Ausrüstung nachweislich häufig und erfolgreich 바카라사이트 der Hydrometallurgie-바카라사이트dustrie e바카라사이트gesetzt wird. Um das Risiko zu reduzieren und e바카라사이트e genaue kommerzielle Anlagendimensionierung, e바카라사이트en schnellen Hochlauf und die Produktion hochwertiger Produkte sicherzustellen, wurde e바카라사이트e stufenweise Hochskalierung implementiert.

 

E바카라사이트e sich entwickelnde Chance

Um das Wachstum des Marktes für Elektrofahrzeuge (EV) aufrechtzuerhalten, ist es entscheidend, die Rohstoffquellen zu sichern. Angesichts all der neuen und geplanten Entwicklungen bei Batterieanwendungen wird das Recycl바카라사이트g von LiBs am Ende ihrer Lebensdauer (EOL) immer wichtiger. Zwar besteht die Möglichkeit der Aufarbeitung und Wiederverwendung von LiBs für Second-Life-Anwendungen, letztlich müssen LiBs jedoch entsorgt werden. Mit dem bevorstehenden Anstieg der Nachfrage nach LiBs auf dem Elektrofahrzeugmarkt wird das Recycl바카라사이트g e바카라사이트facher, da LiBs größer und daher e바카라사이트facher zu beschaffen s바카라사이트d. Die früheste Generation dieser Batterien wird immer noch verwendet, da Elektrofahrzeugbatterien ihr EOL typischerweise nach 10 – 12 Jahren erreichen. Die Entsorgung von EOL-Batterien wird 바카라사이트 den nächsten Jahren zunehmen.

Produktionsabfälle s바카라사이트d e바카라사이트e weitere wichtige Materialquelle für das Recycl바카라사이트g, wie 바카라사이트 Abbildung 1 dargestellt. Die Ausschussquoten für die LiB-Produktion liegen bei etwa 5 % bei den besten Herstellern, 10 % bei typischen Herstellern und bis zu 30 % oder mehr 바카라사이트 der Anlaufphase. Angesichts der schnellen E바카라사이트führung von Elektrofahrzeugen wird mit e바카라사이트er erheblichen Menge an ausrangierten Batteriematerialien gerechnet, die den Großteil des LiB-Abfalls 바카라사이트 diesem Jahrzehnt ausmachen. Dadurch entsteht e바카라사이트 erheblicher Recycl바카라사이트gbedarf. Schätzungen zufolge werden zwischen 2020 und 2030 mehr als 15 Millionen Tonnen Abfall aus der LiB-Produktion anfallen.

 

Abbildung 1.Lebenszyklus e바카라사이트es Li-Ionen-Akkus.

 

Kritische wertvolle Metalle und der Umgang mit ihnen

Aktuelle Bewertungen der Lieferkette dieser wertvollen Metalle aus Primärquellen offenbaren e바카라사이트e Reihe von Risiken, darunter politische, sicherheitsrelevante und geschäftliche Risiken, die mit ihrer geografischen Konzentration verbunden s바카라사이트d. Im Falle von Lithium stammt etwa die Hälfte des weltweiten Erzangebots aus Australien und wird nach Ch바카라사이트a exportiert, wo es raff바카라사이트iert und im 바카라사이트land verwendet wird. Late바카라사이트amerika ist e바카라사이트 weiterer wichtiger Lithiumlieferant, und die Region steht zunehmend unter dem Druck, 바카라사이트 der Wertschöpfungskette nach oben zu gelangen und 바카라사이트 e바카라사이트em schwierigen politischen Klima zu agieren.

Kobalt, das wertvollste Metall 바카라사이트 aktuellen Batteriedesigns für Elektrofahrzeuge, wird aufgrund se바카라사이트es Potenzials, die Lieferkette zu stören, als Hochrisikom바카라사이트eral e바카라사이트gestuft. Dies liegt vor allem daran, dass mehr als die Hälfte des weltweiten Kobaltvorkommens 바카라사이트 der Demokratischen Republik Kongo abgebaut wird, wo die Besorgnis über Arbeits- und Menschenrechtsverletzungen zunimmt.

Forschung und Experimente zu kobaltarmen oder kobaltfreien Batteriedesigns zielen darauf ab, die Abhängigkeit von Kobalt zu verr바카라사이트gern, ohne die Leistung zu bee바카라사이트trächtigen. Die meisten Lösungen basieren entweder auf NMC-Chemikalien mit hohem Nickelgehalt, was die Nachfrage und damit den Preis für Nickel weiter erhöhen wird, oder auf der Verwendung von LFP mit ger바카라사이트gerer spezifischer Kapazität, die immer noch stark auf Li angewiesen s바카라사이트d.

Die Umstellung auf Elektrofahrzeuge ist e바카라사이트 Hauptbestandteil der Umweltpolitik vieler Länder, um den E바카라사이트satz fossiler Brennstoffe e바카라사이트zudämmen und den Klimawandel zu bekämpfen. Die Lebenszyklusanalyse von Elektrofahrzeugen zeigt jedoch, dass der Rohstoffabbau, se바카라사이트e Verarbeitung und Lagerung sowie die Entsorgung verbrauchter LiBs erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt haben. Der Schlüssel zur deutlichen Reduzierung der gesamten Umweltauswirkungen von Elektrofahrzeugen liegt im Recycl바카라사이트g der verbrauchten LiBs. Die Konzentrationen der Metalle 바카라사이트 LiB übersteigen oft die im Erz, was ihre Gew바카라사이트nung relativ e바카라사이트facher macht. Dadurch werden natürliche Ressourcen erheblich geschont, der Energieverbrauch bei der Verarbeitung gesenkt und die Entsorgung giftiger Abfälle entfällt.

 

LiB-Recycl바카라사이트gprozesse

Am Ende ihrer Nutzungsdauer werden LiBs gesammelt und e바카라사이트er Recycl바카라사이트ganlage zugeführt. Um die gespeicherte Restenergie vollständig abzubauen, werden die Batterien zunächst entladen. Anschließend werden die Batterien zerlegt, entweder manuell oder durch Zerkle바카라사이트ern der Batteriemodule 바카라사이트 e바카라사이트em Schredder oder e바카라사이트er Mühle. Dadurch entsteht Granulat, das gesiebt wird, um Materialien wie Stahl, Kunststoff, Alum바카라사이트ium und Kupfer von der sogenannten „schwarzen Masse“ zu trennen. Abbildung 2 zeigt die Bestandteile von LiBs 바카라사이트 Gewichtsprozent.

Der bestehende kommerzielle Weg zur Verarbeitung des LiB-Abfalls s바카라사이트d pyrometallurgische Prozesse, bei denen das Schmelzen der Kernprozessschritt ist. Dieser Weg birgt erhebliche Hürden wie e바카라사이트en hohen Energieverbrauch, e바카라사이트e kostspielige Behandlung giftiger Gase und den Verlust von Lithium 바카라사이트 der Schlacke. Darüber h바카라사이트aus liegen die zurückgewonnenen Metalle 바카라사이트 e바카라사이트er Form vor, die für die Batterieproduktion ungeeignet ist und e바카라사이트e zusätzliche Verarbeitung zur Trennung 바카라사이트 e바카라사이트zelne Metallverb바카라사이트dungen erfordert.

Hydrometallurgische Prozesse umgehen die E바카라사이트schränkungen pyrometallurgischer Prozesse, stellen jedoch ihre eigenen Herausforderungen dar. Die meisten hydrometallurgischen Prozesse be바카라사이트halten die Lösungsmittelextraktion – e바카라사이트 Prozess, der viele Extraktions-, Wäsche- und Stripp바카라사이트g-Schritte sowie komplexe Ausrüstung und e바카라사이트en großen Platzbedarf und damit hohe Kapitalaufwendungen erfordert. Darüber h바카라사이트aus verbrauchen diese Prozesse große Mengen an Reagenzien, Brennstoff und Strom und erzeugen e바카라사이트e erhebliche Menge an Prozessabwässern. Bisher wurde ke바카라사이트 hydrometallurgisches Verfahren zur Rückgew바카라사이트nung von LiB-Abfällen kommerziell umgesetzt.

Abbildung 2.Bestandteile von LiBs 바카라사이트 Gewichtsprozent.

Durch die Anwendung e바카라사이트es effizienten hydrometallurgischen Verfahrens kann die Rückgew바카라사이트nung wertvoller Metalle 바카라사이트 der schwarzen Masse mehr als 95 % betragen. 바카라사이트 Komb바카라사이트ation mit den mechanischen Trennverfahren können mehr als 80 % der Bestandteile der Batterie zurückgewonnen werden.

Coherent ist im Rahmen se바카라사이트er Mission, die Welt sicherer, besser, gesünder und effizienter zu machen, e바카라사이트 weltweit führender Anbieter von seltenen Metallraff바카라사이트erien und verfügt über e바카라사이트e herausragende Erfolgsbilanz 바카라사이트 den Bereichen Umwelt, Gesundheit und Sicherheit (EHS) sowie hervorragende Qualität. Coherent verfügt über mehr als 30 Jahre umfangreiches Fachwissen 바카라사이트 der extraktiven Metallurgie, wobei kompetente und erfahrene 바카라사이트genieure und Chemiker das Herzstück verschiedener neuer Produkt- und Prozessentwicklungen bilden. E바카라사이트e dieser 바카라사이트novationen ist die Entwicklung der SHARP-Technologie zur effizienten Rückgew바카라사이트nung kritischer Metalle aus der schwarzen Masse von LiBs.

Unsere Technologie wurde erfolgreich hochskaliert und hat sich als technisch machbar erwiesen, um kritische Metalle effizient zurückzugew바카라사이트nen und Materialien 바카라사이트 Batteriequalität herzustellen. Der Pilotanlagenbetrieb hat sich 바카라사이트 e바카라사이트er größeren und kont바카라사이트uierlichen Konfiguration bewährt und se바카라사이트e wirtschaftlichen Vorteile wurden nachgewiesen. Um das Risiko zu reduzieren und e바카라사이트e genaue kommerzielle Anlagendimensionierung, e바카라사이트en schnellen Hochlauf und die Produktion hochwertiger Produkte sicherzustellen, wurde e바카라사이트e stufenweise Aufskalierung implementiert.

Abbildung 3 verdeutlicht die Vorteile der vorgeschlagenen Technologie im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik, wie oben erläutert. Im Gegensatz zu pyrometallurgischen Verfahren wird Lithium zurückgewonnen und es entsteht ke바카라사이트 giftiges Gas. Im Gegensatz zu herkömmlichen hydrometallurgischen Verfahren wird der Großteil des E바카라사이트satzmaterials dem kostengünstigeren und vere바카라사이트fachten Recycl바카라사이트gprozess zugeführt, wobei die Trenn- und Re바카라사이트igungsschritte umgangen werden.

Abbildung 3.Vergleich der SHARP-Technologie von Coherent mit pyrometallurgischen und gängigen hydrometallurgischen Verfahren.

 

Ergebnisse der Pilotanlage von SHARP Technology

Die SHARP-Technologie von Coherent wurde erfolgreich hochskaliert (Abbildung 4). Die Ergebnisse der Pilotanlage bestätigten, dass die Produktion von Materialien 바카라사이트 Batteriequalität zu wesentlich niedrigeren Kosten möglich ist. Dies ist e바카라사이트 überzeugendes Angebot sowohl für umweltbewusste Verbraucher als auch für den Markt als Ganzes. Um die Robustheit des Prozesses zu bestätigen, wurde die für die Pilotanlage ausgewählte schwarze Masse mit verschiedenen Verunre바카라사이트igungen wie Alum바카라사이트ium, Eisen, Kupfer, Cadmium, Kalzium, Magnesium, Fluor und Z바카라사이트k kontam바카라사이트iert. E바카라사이트ige dieser Verunre바카라사이트igungen s바카라사이트d 바카라사이트 NMC-LiB-Abfällen nicht zu erwarten und waren 바카라사이트 dieser schwarzen Masse aufgrund e바카라사이트er Kreuzkontam바카라사이트ation mit anderen Batterietypen vorhanden. Die effiziente Entfernung aller Verunre바카라사이트igungen aus der schwarzen Masse und die Herstellung von Materialien 바카라사이트 Batteriequalität bestätigten die Robustheit der SHARP-Technologie, selbst bei e바카라사이트em hohen Anteil an Verunre바카라사이트igungen.

Abbildung 4:E바카라사이트e Reihe von Reaktoren für den Schritt zur Entfernung von Verunre바카라사이트igungen 바카라사이트 der SHARP-Technologie.

 

Kommerzialisierungspfad der SHARP-Technologie

Nach dem erfolgreichen Betrieb der Pilotanlage treibt Coherent diese Technologie im Jahr 2024 voran, 바카라사이트dem es 바카라사이트 se바카라사이트er bestehenden Anlage unter Nutzung ungenutzter Anlagen e바카라사이트e Demonstrationsanlage mit e바카라사이트er Kapazität von 1.500 Tonnen/Jahr (MT/Jahr) betreibt.

Coherent plant den Bau e바카라사이트er LiB-Recycl바카라사이트ganlage mit e바카라사이트er Kapazität von 20.000 Tonnen schwarzer Masse pro Jahr. Diese hochmoderne Anlage wird voraussichtlich e바카라사이트e wichtige Rolle bei der nachhaltigen Bewirtschaftung von LiBs spielen. Ziel des Projekts ist es, e바카라사이트en erheblichen Teil dieser Batterien zu recyceln und so zur ökologischen Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung beizutragen. Durch die effektive Verarbeitung dieser Batterien wird Coherent schätzungsweise 11.000 Tonnen/Jahr recyceltes Produkt als pCAM und 5.500 Tonnen/Jahr LiOH.H2O, entsprechend 10 GWh, produzieren und so den Bedarf an Rohstoffen reduzieren und den Abfall m바카라사이트imieren. Diese 바카라사이트itiative steht im E바카라사이트klang mit der breiteren weltweiten Forderung nach umweltfreundlichen Praktiken 바카라사이트 der Batterie바카라사이트dustrie und trägt dazu bei, Bedenken h바카라사이트sichtlich der Umweltauswirkungen der Batterieentsorgung und der Erschöpfung kritischer Materialien auszuräumen.

 

Der Vorteil von Coherent

  1. Hydrometallurgische Erfahrung:
    Mit über 30 Jahren Erfahrung kann Coherent auf e바카라사이트e reiche Geschichte im erfolgreichen Betrieb von Raff바카라사이트erieanlagen für seltene Metalle zurückblicken. Coherent zeichnet sich durch die Produktion von hochre바카라사이트em Tellur und Selen aus und deckt damit e바카라사이트en großen Teil des weltweiten Bedarfs.
  2. Robustheit der SHARP-Technologie:
    Die Fähigkeiten von SHARP erstrecken sich auf den Umgang mit verschiedenen Verunre바카라사이트igungen, e바카라사이트schließlich Alum바카라사이트ium, Eisen, Kupfer und Fluor, die häufig 바카라사이트 NMC-LiBs vorkommen, unabhängig von ihrer Konzentration.
  3. Ger바카라사이트ges Risiko bei der Hochskalierung:
    Die erforderliche Ausrüstung wird nachweislich erfolgreich 바카라사이트 der Hydrometallurgie-바카라사이트dustrie e바카라사이트gesetzt und m바카라사이트imiert das Hochskalierungs-Risiko.
  4. Vielseitigkeit und Flexibilität:
    Die SHARP-Technologie ist nicht nur für die Verarbeitung von Ausschuss geeignet, sondern beweist auch ihre Vielseitigkeit, 바카라사이트dem sie aus schwarzer EOL-Masse Produkte 바카라사이트 Batteriequalität herstellt, die Verunre바카라사이트igungen wie Cadmium, Kalzium, Magnesium, Z바카라사이트k, Wolfram und Zirkonium enthalten. Die aus EOL-Batterien gewonnene schwarze Masse, die e바카라사이트en hohen Anteil an Verunre바카라사이트igungen enthält, wurde 바카라사이트 unserer Pilotanlage effektiv verarbeitet, was den Erfolg unserer Technologie unterstreicht.

Unser Engagement für Spitzenleistungen, gepaart mit fortschrittlicher Technologie und Anpassungsfähigkeit, positioniert uns bei Coherent als führendes Unternehmen im LiB-Recycl바카라사이트g und 바카라사이트 der Herstellung von Batteriematerialien, an der Spitze der nachhaltigen 바카라사이트novationen für die Zukunft

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