Die Elektrolytentfernung, auch Trocknung, Strippen oder Verdampfung genannt, verdampft die flüchtigen Lösungsmittel, die in geschredderten Lithium-Ionen-Batterien eingeschlossen sind, und gewinnt sie durch Kondensation zurück. Der kontinuierliche Verdampfer von Revtech ist für genau diesen Schritt ausgelegt, der damit beginnt, zu verstehen, was in einer Batterie steckt.
Diese Lösung ist Teil von Revtechs Programm zur kontinuierlichen Wärmebehandlung für die Chemieindustrie.
Kontinuierlicher Verdampfer für die Entfernung und Rückgewinnung des Elektrolyten aus Lithium-Ionen-Batterien
Was ist eine Lithium-Ionen-Batterie?
Eine Lithium-Ionen-Batterie (LIB) ist kein einzelnes Material, sondern eine Zusammenstellung vieler Materialien, die in jeder Zelle dicht gepackt sind. Erreicht eine Batterie das Ende ihrer Lebensdauer oder fällt sie als Produktionsausschuss einer Gigafactory an, wird sie geschreddert, und diese Zusammenstellung wird zu einem komplexen Gemisch, das getrennt werden muss, damit jedes Material für sich zurückgewonnen werden kann.
Nach dem Schreddern teilt sich eine LIB in zwei Fraktionen auf:
Feste Fraktion
- Kunststoffe: Hartkunststoffe aus dem Gehäuse und dünne Separatorfolien aus Polymer
- Kupfer und Aluminium: die Stromableiterfolien
- Eisenmetalle: Gehäuse und Strukturteile
- Schwarzmasse (Black Mass): die wertvollste Fraktion: ein feines, dunkles Pulver, das Graphit (aus der Anode) und an Cobalt, Nickel, Mangan und Lithium reiche Metalloxide (aus der Kathode) vereint
Flüssige Fraktion
- Der Elektrolyt: eine Mischung organischer Lösungsmittel, die vor jeder weiteren Verarbeitung entfernt werden muss
Was ist der Elektrolyt und wozu dient er?
Der Elektrolyt ist das Medium, das die Lithium-Ionen bei jedem Laden und Entladen der Batterie zwischen Anode und Kathode hin- und herträgt: Er ist es, der die Zelle funktionieren lässt. In einer LIB handelt es sich typischerweise um ein Lithiumsalz (meist LiPF₆), gelöst in einer Mischung organischer Carbonat-Lösungsmittel wie Ethylencarbonat (EC), Ethylmethylcarbonat (EMC) und Dimethylcarbonat (DMC). Dieselben Lösungsmittel sind flüchtig, entzündlich und stellen, wenn sie beim Recycling unsachgemäß gehandhabt werden, ein echtes Sicherheits- und Emissionsrisiko dar. Genau deshalb sind ihre Entfernung und Rückgewinnung ein kritischer erster Schritt.
Warum Lithium-Ionen-Batterien recyceln?
Jedes Jahr erreichen mehr Batterien das Ende ihrer Lebensdauer, getrieben von Elektrofahrzeugen, Energiespeichern und Produktionsausschuss aus Gigafactories. Jede einzelne ist zugleich eine zu beherrschende Gefahr und eine zurückzugewinnende Ressource.
- Umwelt und Sicherheit
Altbatterien gehören weder auf die Deponie noch in die Verbrennung: Ihre Elektrolyte sind flüchtig und entzündlich, und unsachgemäß gehandhabte Zellen bergen Brand- und Emissionsrisiken. Das Recycling neutralisiert diese Gefahren in einer kontrollierten industriellen Stufe.
- Kritische Rohstoffe
Das in jeder Batterie enthaltene Cobalt, Nickel, Lithium und Graphit sind strategische, weitgehend importierte Materialien. Ihre Rückgewinnung schafft eine lokale, sekundäre Quelle, die den Druck auf den Bergbau verringert und die Widerstandsfähigkeit der Lieferkette stärkt.
- Regulierung
Die EU-Batterieverordnung (2023/1542) legt Rückgewinnungsquoten von 50 % für Lithium bis 2027 und 80 % bis 2031 sowie 90 % für Cobalt, Kupfer und Nickel bis 2027, steigend auf 95 % bis 2031 fest, dazu ab 2031 Vorgaben zum Rezyklatanteil. Diese effizient zu erfüllen, ist für Recycler heute eine unmittelbare wirtschaftliche Randbedingung.
Historisch waren pyrometallurgische Verfahren die bevorzugte Methode zum Recycling von Altbatterien (End-of-Life, EoL). Beim pyrometallurgischen Verfahren werden die Altbatterien bei hohen Temperaturen behandelt, um die organischen Bestandteile der Matrix zu verbrennen und nur die hochsiedenden Metalle zurückzugewinnen. Die Branche sucht jedoch derzeit nach Verfahren, die atomeffizienter und weniger energieintensiv sind. Daher sind alternative Verfahren entstanden, die auf einer Vorbehandlungsstufe mit anschließendem hydrometallurgischem Prozess beruhen.
Welche Schritte umfasst der Recyclingprozess?
Die Vorbehandlung ist die erste Phase des LIB-Recyclings. Sie zielt darauf ab, die Fraktionen zurückzugewinnen, die nicht in den hydrometallurgischen Prozess eingehen (Kunststoffe, Kupfer, Eisen- und Nichteisenmetalle, organischer Elektrolyt), und eine Schwarzmasse für die weitere hydrometallurgische Verarbeitung vorzubereiten. Sie besteht in der Regel aus den folgenden Schritten:
- Schreddern: Die LIB werden geschreddert, um sie in ihre Bestandteile zu zerlegen.
- Entfernung der Elektrolyt-Lösungsmittel (mitunter „Trocknung“, „Entgasung“, „Strippen“ oder „Verdampfung“ genannt): Der organische Elektrolyt, bestehend aus entzündlichen und flüchtigen Lösungsmitteln, wird verdampft (und durch Kondensation zurückgewonnen), um die Sicherheit der nachfolgenden Verarbeitungsschritte zu gewährleisten.
- Materialsortierung: Nach dem Schreddern werden die Materialien in verschiedene Ströme sortiert. Man erhält ein feines Pulver, die sogenannte Schwarzmasse, die Graphit und wertvolle Metalloxide wie Cobalt, Nickel, Mangan und Lithium enthält. Zusätzlich wird eine grobe Fraktion aus Kunststoff-Separatoren, Kupferfolien, Aluminium und Eisenwerkstoffen zur weiteren Verwertung abgetrennt.
Welche Systeme sind auf dem Markt verfügbar?
Heute werden zwei Gerätefamilien eingesetzt, um den Elektrolyten in geschredderten Batterien zu behandeln.
Hochtemperaturöfen (pyrometallurgischer Weg)
Wie oben beschrieben, behandeln sie das Material bei hoher Temperatur und verbrennen die organischen Bestandteile. Sie gewinnen die hochsiedenden Metalle zurück, doch Elektrolyt, Graphit und Lithium gehen dabei verloren, und der Energiebedarf ist hoch.
Diskontinuierliche Vakuumverdampfer (oder „Trockner")
Dies ist der Ansatz, der sich für den dedizierten Schritt der Lösungsmittelentfernung als Marktstandard etabliert hat. Da die geschredderte Matrix Kunststoffe enthält, die bei mäßiger Temperatur erweichen, arbeiten diese Systeme unter Vakuum: Ein niedrigerer Druck senkt die Siedepunkte der Lösungsmittel, sodass diese verdampft werden können, ohne eine Temperatur zu erreichen, die das Material schädigen würde. Es gibt sie in horizontaler und vertikaler Bauweise, die sich vor allem darin unterscheiden, wie das Material gehalten und bewegt wird.
In der Praxis bringt dieser diskontinuierliche Vakuum-Ansatz jedoch einige strukturelle Einschränkungen mit sich:
- Diskontinuierlicher Betrieb:
Das Arbeiten in aufeinanderfolgenden Chargen verlängert die Zykluszeiten und erschwert die Abstimmung mit den umgebenden kontinuierlichen Schritten des Schredderns und Sortierens.
- Lange Zyklen, begrenzter Durchsatz:
Ein tiefes Materialbett durch die Behälterwand zu erwärmen ist langsam; Zyklen können mehrere Stunden dauern, was den Durchsatz einer einzelnen Einheit begrenzt.
- Feines Pulver unter Vakuum:
Ein feines, staubiges Material, das größere Stücke wie Metallteile, Kunststofffragmente und andere Bruchstücke von mehreren Zentimetern Größe enthält, unter Aufrechterhaltung einer dichten Vakuumabdichtung zu be- und entladen, ist betrieblich anspruchsvoll und führt tendenziell zu häufiger Wartung.
Genau diese Einschränkungen soll ein kontinuierlicher Verdampfer beseitigen, und hier unterscheidet sich der Ansatz von Revtech.
Warum Revtech für Ihre LIB-Vorbehandlungsprojekte wählen?
Revtech hat sich mit einem bedeutenden Akteur der Recyclingbranche zusammengetan, um einen der wenigen vollständig kontinuierlichen Vorbehandlungsprozesse gemeinsam zu entwickeln und zu vermarkten, der die gesamte Abfolge vom Schreddern bis zur Sortierung abdeckt und einen reibungslosen, zuverlässigen und optimierten Betrieb ermöglicht.
Wie der kontinuierliche Elektrolyt-Verdampfer von Revtech funktioniert
Statt das Material Charge für Charge zu behandeln, führt ein Revtech-Verdampfer es kontinuierlich in eine beheizte Spirale, wo es durch sanfte Vibration als dünne, gleichmäßige Schicht vorwärtsbewegt wird. Diese dünne Schicht ist der Schlüssel: Sie sorgt für einen ausgezeichneten, gleichmäßigen Wärmeübergang über den gesamten Strom und hält die Behandlung von Anfang bis Ende konstant und reproduzierbar.
Zwei Größen werden dabei sehr genau geregelt:
- Die Temperatur der Spirale wird in Echtzeit überwacht und korrigiert (auf ±1 °C genau).
- Das Material bewegt sich in Pfropfenströmung (keine Totzonen), sodass jedes Partikel dieselbe, klar definierte Verweilzeit erfährt (auf ±1 Minute genau).
Das ist auch der Grund, warum das System den Elektrolyten ohne Vakuum entfernen kann.
Anstatt die Siedepunkte der Lösungsmittel durch Anlegen eines Vakuums zu senken, leitet Revtech ein Inertgas durch die Spirale: Das Gas trägt die verdampften Lösungsmittel ab und senkt ihren Partialdruck, sodass selbst höhersiedende Lösungsmittel bei einer Temperatur entweichen, die für die Kunststoffe in der Matrix ungefährlich bleibt. Über den Reaktor verteilte Gaseinlass- und -auslasspunkte erhalten diese inerte Atmosphäre und halten den Prozess durchgehend unter präziser Kontrolle.
Dieselbe kontrollierte, inerte Umgebung hält die Chemie im Griff: Das Halten der richtigen Temperatur und das gleichmäßige Abführen der Dämpfe trägt dazu bei, die HF-Bildung zu begrenzen, ein bekanntes Abbauprodukt von LiPF₆, und der abgezogene Gasstrom wird nachgeschaltet behandelt. Und weil die Lösungsmittel abgezogen und kondensiert statt verbrannt werden, wird der Elektrolyt in einer Qualität zurückgewonnen, die eine Verwertung erlaubt, wodurch aus einer zu entsorgenden Gefahr ein rückgewinnbarer Wertstoffstrom wird.
Wesentliche Vorteile des Revtech-Verdampfers
- Kontinuierlich, nicht diskontinuierlich. Der Prozess fügt sich nahtlos zwischen Schreddern und Sortieren ein, ohne Batch-Abfolge, und ein einzelnes System bewältigt Durchsätze von bis zu 2 t/h.
- Gleichbleibende Qualität. Eine homogene, reproduzierbare Behandlung bedeutet eine konstante Qualität der Schwarzmasse, Charge für Charge.
- Elektrolyt verwertet, nicht verloren. Die Lösungsmittel werden durch Kondensation zurückgewonnen statt zerstört, was einen verwertbaren Stoffstrom eröffnet statt eines zu behandelnden Abfalls.
- Bewährt und wartungsarm. Die Technologie verfügt über mehr als 25 Jahre industrielle Erfahrung, eine lange Betriebsdauer und ist auf einen zuverlässigen, wartungsarmen Betrieb ausgelegt.
- Flexibel. Sie passt sich den unterschiedlichen Batteriechemien sowie sowohl Produktionsausschuss- als auch End-of-Life-Strömen an.
- Kompakt und schlüsselfertig. Eine geringe Stellfläche, selbst wenn für höhere Durchsätze mehrere Linien erforderlich sind, sowie ein schlüsselfertiger Ansatz für eine schnelle Installation und Inbetriebnahme.
Eine kontinuierliche Alternative zu diskontinuierlichen Vakuumtrocknern
| Vakuumtrockner | Kontinuierlicher Revtech-Verdampfer | |
|---|---|---|
| Betriebsart | Meist diskontinuierlich (Batch) | Kontinuierlich |
| Zyklus / Verweilzeit | Mehrere Stunden pro Zyklus | Verweilzeit < 30 min |
| Durchsatz pro Einheit | Begrenzt durch langsamen Wärmeübergang durch ein tiefes Bett | Bis zu 2 t/h auf einer einzigen Linie |
| Linienintegration | Batch-Taktung zwischen kontinuierlichen Schritten | Fügt sich kontinuierlich zwischen Schreddern und Sortieren ein |
| Lösungsmittelentfernung | Unter Vakuum, um den Siedepunkt der Lösungsmittel zu senken | Strippen mit Inertgas, kein Vakuum erforderlich |
| N₂-Verbrauch | Geringer N₂-Verbrauch | Etwas höherer N₂-Verbrauch aufgrund des kontinuierlichen N₂-Stroms |
| Prozesskontrolle | Bett- und behälterabhängig | Temperatur in Echtzeit (±1 °C), gleichmäßige Verweilzeit (±1 min) |
| CAPEX | Deutlicher CAPEX-Anstieg beim Scale-up durch Parallelisierung der Produktionslinien | Nichtlinearer CAPEX-Anstieg mit dem Durchsatz |
| Stellfläche | Große Stellfläche: überdimensionierte Anlagen nötig, um den Durchsatz im Batch-Betrieb zu halten | Kompakte Bauweise dank Reaktorgeometrie; Stellfläche unabhängig vom Durchsatz |
| Lebensdauer der Anlage | Niedriger Stickstoffdurchsatz führt zu hoher HF-Konzentration, die die Lebensdauer verkürzen kann | Geringe HF-Konzentration dank Verdünnung im kontinuierlichen Stickstoffstrom, verlängerte Lebensdauer |
| Wartung | Hoher Wartungsaufwand aufgrund der Anforderungen an die Vakuumdichtheit | Geringe Wartung; mehr als 25 Jahre industrielle Erfahrung |
Dieselbe kontinuierliche Vibrationstechnologie treibt auch unseren kontinuierlichen Kalzinator an, eine präzise Alternative zu Drehrohröfen für chemische Pulver.
Erzählen Sie uns von Ihrem Projekt, um einen Versuch auf der Pilotlinie zu vereinbaren.
Alles über den LIB-Vorbehandlungsprozess
Wie hoch ist der maximale anfängliche Lösungsmittelgehalt, den ein Revtech-Verdampfer verarbeiten kann?
Die Revtech-Technologie ist flexibel und für die Anpassung an Produktionsausschuss- wie auch End-of-Life-Ströme ausgelegt. Einige Ströme, insbesondere solche aus Produktionsausschuss, können bis zu 20 Gew.-% organische Lösungsmittel enthalten und lassen sich mit dem Revtech-Verdampfer wirksam verarbeiten.
Kann das Revtech-Verfahren einen Strom aus Batterieschredder verarbeiten, der durch Nassschredderung erzeugt wurde?
Ja. Die Technologie kann auch Wasser aus nassgeschreddertem Material entfernen, solange der Gehalt an freiem Wasser den Transport des Materials durch das Vibrationssystem noch zulässt. Der Durchsatz sinkt mit steigender Feuchte, da mehr Energie in die Verdampfung des Wassers geht; für sehr nasse Ströme empfehlen wir daher eine vorgeschaltete mechanische Entwässerung (Zentrifuge, Filterpresse).
Bis zu welchem Materialdurchsatz kann die Revtech-Technologie als Trockner eingesetzt werden?
Eine einzelne Linie bewältigt bis zu 2 t/h. Höhere Kapazitäten werden durch den Parallelbetrieb mehrerer Linien erreicht.
Welcher Restlösungsmittelgehalt lässt sich erreichen?
Er ist einstellbar. Die Anlage (in der Regel die Länge der Spirale) wird auf Ihren Zielwert ausgelegt. In der Standardkonfiguration erreicht die Technologie Restlösungsmittelgehalte von bis zu 1 Gew.-% für End-of-Life-Ströme und 3 Gew.-% für Produktionsausschuss.
Welche Verweilzeit lässt sich mit einem Revtech erreichen?
In der Regel 15 bis 30 Minuten in der Standardkonfiguration; sie kann durch Verlängern der Spirale oder durch Reihenschaltung von Spiralen verlängert werden. Da das Material ein sehr dünnes Bett bildet, ist die Verweilzeit deutlich kürzer als in herkömmlichen Systemen, weshalb direkte Vergleiche zwischen Technologien nicht immer aussagekräftig sind.
Verfügen Sie über Betriebsreferenzen in der Industrie?
Das LIB-Recycling ist noch ein junger Markt, sodass Referenzen im industriellen Maßstab noch nicht offengelegt werden können. Die Technologie lässt sich jedoch auf einer dedizierten Pilotlinie am Standort unseres Partners in Frankreich demonstrieren: ein vollständig kontinuierlicher Vorbehandlungsprozess (Schreddern, Verdampfung, Sortierung), ausgelegt für 1 t/h.
Wie finde ich heraus, ob mein Prozess geeignet ist, und wie lässt sich die Leistung bewerten?
Testen, bevor man sich für eine neue Technologie entscheidet, ist wichtig. Gemeinsam mit unserem Partner haben wir eine Pilotanlage eingerichtet, in der Ihr Strom unter repräsentativen Bedingungen gefahren werden kann, mit voller Unterstützung beider Teams und optionalen Zusatzoptionen wie der Online-Gasanalyse. Unser Verfahrensexperte kann zudem auf Basis Ihres Falls vorläufige CAPEX- und OPEX-Schätzungen für eine Industrieanlage liefern.
Bieten Sie Leistungen über die Lieferung der Anlage hinaus an?
Ja. Für den Verdampfer selbst bieten wir ein schlüsselfertiges Paket: Auslegung und Engineering, Montage, Werksabnahme (FAT), anschließend Demontage und Versandvorbereitung. Transport, Montageüberwachung, Inbetriebnahme, Anfahren und Bedienerschulung sind auf Anfrage verfügbar. Und wenn Sie eine komplette Vorbehandlungslinie (Schreddern, Verdampfung, Sortierung) statt nur des Verdampfers benötigen, übernimmt unser Integrationspartner die vollständige Integration: Verbindungen zwischen den Stufen, Medienversorgung, Auslegung und Lieferung der Gasbehandlung.
