Investitionsprojekt schafft innovative Forschungsinfrastruktur für Batterierecycling

Montag, 29. November 2021, 07:15 Uhr
Steuerungs-Bildschirm einer Anlage für Batterierecycling
In den kommenden zwei Jahren entsteht ein neues virtuell vernetztes Technikum für das Batterierecycling am Standort Freiberg.

Vier Freiberger Forschungseinrichtungen im Bereich der Kreislaufwirtschaft profitieren von den neuen Möglichkeiten, Daten aus bestehenden Technika und neuen Anlagen digital zusammenzuführen und auszuwerten. Koordiniert wird das Projekt von der TU Bergakademie Freiberg. Auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Helmholtz-Instituts Freiberg für Ressourcentechnologie am HZDR, des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme sowie des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie beide tätig am Freiberger Fraunhofer Technologiezentrum für Hochleistungsmaterialien werden das neue virtuelle Technikum mit betreiben.

„Diese gemeinsame Investition ist ein wichtiger Einstieg des Recycling-Standorts Freiberg in die Industrie 4.0“, bewertet Projekt-Initiator Prof. Urs Peuker das Konzept. „An der für Sachsen wichtigen Leittechnologie der Elektromobilität zeigt die Initiative die Zukunft der Recycling-Technologien“. Die gemeinsame und abgestimmte Erfassung, Bewertung und Nutzung der Daten ermöglicht es den Forschenden, den gesamten Prozess des mechanischen und chemischen Batterierecyclings bis hin zur Re-Synthese neuer Batteriematerialien zu verstehen und zu verbessern. Aktuell, so die Einschätzung der Freiberger Forschenden, werden die einzelnen Prozessschritte zwar intensiv beforscht, jedoch fehlt eine ganzheitliche Betrachtung. „Es existiert beispielsweise noch keine Verknüpfung der Prozessgestaltung in den mechanischen oder hydrometallurgischen Recyclingschritten mit der erreichbaren Qualität des re-synthetisierten Batteriematerials“, erklärt Prof. Peuker, der an der TU Bergakademie Freiberg das Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik leitet.

Effizienteres Batterierecycling dank Künstlicher Intelligenz

Durch die Weiterentwicklung der jeweiligen Labordatenmanagementsysteme aus vier Forschungseinrichtungen entsteht eine Datenbank, die Prozess- und Materialdaten aus den einzelnen Teilschritten zusammenführt. Die Forschenden können so ganzheitliche Datensätze für einen Batterietyp entlang der gesamten Recyclingkette sammeln und auswerten, die bisher in dieser Form noch nicht verfügbar sind. Das so vernetzte Technikum erlaubt es zukünftig zu bewerten, ob ein Teilschritt positive oder negative Effekte auf die Qualität des wiedergewonnenen Rohstoffs besitzt. “Wir untersuchen zum Beispiel, wie sich das Schreddern von Lithium-Ionen-Batteriezellen oder die Rückgewinnung des Lithiums mit Kohlenstoffdioxid, das in den Laboren der Technischen Chemie bei Prof. Martin Betrau stattfindet, auf eine mögliche Wiederverwendung auswirken“, erklärt Prof. Peuker. So kann der komplexe Gesamtprozess ganzheitlich optimiert werden. Ziel ist es auch, über die Daten zu ermitteln, welchen Einfluss der Zustand der gebrauchten Batterie auf das Recycling und die re-synthetisierten Materialien besitzt.

Für die Verknüpfung der sehr unterschiedlichen Daten werden Werkzeuge der künstlichen Intelligenz genutzt, die in der Lage sind, potenzielle Abhängigkeiten zu erkennen. Bei den Daten handelt es sich um Bilder der geschredderten Materialien, spektroskopische Messungen, die von der angewandten Physik bei Prof. Johannes Heitmann analysiert werden, on-line Maschinenparameter und weitere, die aus den Laboren und Technika des Helmholtz-Instituts Freiberg und den beiden Fraunhofer-Instituten am Standort bereitgestellt werden. „Die in diesem Technikum einmalig verfügbare Datenlage ermöglicht es überhaupt, die digitalen Methoden, wie das maschinelle Lernen, einzusetzen“, erläutert Prof. Peuker. „Das übergreifende Ziel des Teams ist es, den Stoffkreislauf von Batteriematerialien wie Nickel, Kobalt, Kupfer und Lithium in Europa zu schließen und hochwertige Funktionsmaterialien für neue Lithium-Ionen-Batterien aus sekundären Quellen bereitzustellen.“

Hintergrund: Investitionsprojekt InfraDatRec

Unter dem Förderkennzeichen FKZ 03XP0426A-C fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung den Ausbau der Technik aus dem Sondervermögen „Energie- und Klimafonds“ mit insgesamt rund 7 Millionen Euro noch bis Ende September 2023. Insbesondere die im Cluster GreenBatt geförderten Forschungsprojekte zum Recycling von Lithium-Ionen-Batterien werden Daten in im virtuellen Technikum erzeugen und auswerten.

Fragen zum Thema beantworten:

TU Bergakademie Freiberg:

Prof. Dr.-Ing. Urs Peuker, urs [dot] peukeratmvtat [dot] tu-freiberg [dot] de; Prof. Dr. Johannes Heitmann, johannes [dot] heitmannatphysik [dot] tu-freiberg [dot] de; Prof. Dr. Martin Bertau, Martin [dot] Bertauatchemie [dot] tu-freiberg [dot] de

Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie am HZDR:

Dr. Richard Gloaguen r [dot] gloaguenathzdr [dot] de


TU Bergakademie Freiberg, Career Center

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