Batterieabfälle sind ein ernstes Umweltproblem: Sie enthalten Substanzen, die sowohl die menschliche Gesundheit als auch die Ökosysteme gefährden. Gleichzeitig sind in ihnen aber auch wertvolle Materialien wie Nickel enthalten, die wir dringend brauchen – etwa für die Produktion neuer Batterien. Bessere Recyclingmethoden für Batterien sind daher dringend nötig.
An der TU Wien gelang es nun, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem man Nickel aus gebrauchten Nickel-Metallhydrid-Batterien rückgewinnen kann. Doch damit nicht genug: Aus diesen Batterieabfällen und gebrauchter Alufolie, wie man sie in der Küche verwendet, gelang es einen Nanokatalysator herzustellen, der CO2 aus der Luft in wertvolles Methan umwandelt. Auf diese Weise kann man einerseits das Müllproblem verringern und gleichzeitig einen klimaneutralen Brennstoff gewinnen.
Batterie-Recycling: Wichtig für Umwelt und Wirtschaft
„Moderne Batterien, wie etwa Nickel-Metallhydrid (Ni-MH) und Lithium-Ionen-Batterien, bestehen aus verschiedenen Komponenten, was Recycling- und Verwertungsprozesse technologisch anspruchsvoll macht“, sagt Prof. Günther Rupprechter vom Institut für Materialchemie der TU Wien, Leiter des Forschungsprojekts. „Eine unsachgemäße Entsorgung kann zu chemischen Lecks, Bränden und Umweltverschmutzung führen.“
Die Rückgewinnung von Nickel aus gebrauchten Ni-MH-Batterien ist auch wirtschaftlich höchst bedeutsam: In der EU könnten Altbatterien und Schrott aus der Batterieproduktion bis 2030 ca. 16 % des benötigten Nickels liefern, was für die Ausstattung von jährlich 1,3 bis 2,4 Millionen Elektrofahrzeugen (EVs) ausreicht.
Trotz dieses Potenzials betragen die derzeitigen Recyclingkapazitäten in der EU und im Vereinigten Königreich nur etwa ein Zehntel dessen, was bis 2030 erforderlich ist. Investitionen in die Recyclinginfrastruktur sind daher nötig.
CO2 in Brennstoff umwandeln – mit Hilfe von Batterieabfällen
„Wiederverwertung ist ein wichtiger Schritt, aber noch größere Wirkung kann durch das Upcycling von Nickel zu Katalysatoren erzielt werden, die in der Lage sind, Brennstoffe herzustellen“, sagt Dr. Qaisar Maqbool, Erstautor der Studie.
Das Team extrahierte Nickel aus gebrauchten Ni-MH-Batterien und stellte Aluminiumoxid aus gebrauchter Alufolie her. Diese Materialien wurden dann auf umweltschonende Weise – nach Methoden der grünen Chemie – in einen leistungsstarken Nanokatalysator umgewandelt.
„Unser Nanokatalysator besteht zu 92-96 % aus Aluminiumoxid und zu 4-8 % aus Nickel, das ist optimal, um das Treibhausgas CO2 zusammen mit Wasserstoff in Methan umzuwandeln“, erklärt Günther Rupprechter.
Das Verfahren erfordert weder hohen Druck noch hohe Temperaturen, der Katalysator funktioniert bei normalem Atmosphärendruck und einer leicht erreichbaren Temperatur von 250°C.
Vom Treibhausgas zu sauberer Energie
Damit steht eine Methode zur Verfügung, CO2 auf klimaneutrale Weise in einen wertvollen Brennstoff zu verwandeln: Methan spielt etwa in der Industrie als Energieträger eine wichtige Rolle. „Nun wollen wir untersuchen, wie sich dieses Verfahren für technologische Anwendungen hochskalieren lässt“, sagt Prof. Günther Rupprechter. „Wir glauben, dass dieser Ansatz die nachhaltige Brennstoffproduktion verändern kann. Unser Ansatz zeigt einen Lösungsweg für das Klimaproblem auf – und das auf eine Weise, die gleichzeitig auch hilft, ein drängendes Abfallproblem zu lösen.“
Auch Recyclingmaterial lässt sich recyceln
Bei vielen Katalysatoren kommt es im Lauf der Zeit zu einer Deaktivierung – weil sich der Katalysator irgendwann strukturell verändert oder durch Anlagerung von Fremdmaterialien weniger effektiv wird. Eine solche Deaktivierung hat man bei der Studie nicht festgestellt. Trotzdem war es dem Team wichtig, in geschlossenen Kreisläufen zu denken und gleich mitzubedenken, wie auch der Katalysator selbst recycelt werden kann.
„Um den Nachhaltigkeitskreislauf zu schließen, kann man die verbrauchten Katalysatoren wieder in ihre ursprünglichen Bestandteile zerlegen, um wiederverwendet zu werden“, sagt Dr. Qaisar Maqbool.
Dies stellt sicher, dass der gesamte Prozess umweltfreundlich bleibt und die Abfallmenge minimiert wird.