Hydrometallurgie im Batterierecycling

Warum Messtechnik zum Schlüsselfaktor wird

Autor: Dr. rer. nat. Dustin Kubas, Product Manager Sales Marketing bei Endress+Hauser Deutschland GmbH & Co. KG

Europa will kritische Rohstoffe im Kreislauf führen und die Rückgewinnung aus Lithium-Ionen-Akkus systematisch ausbauen. Doch hohe Recyclingquoten entstehen nicht durch Regulierung allein, sie entstehen, wenn es sich lohnt. Entscheidend dafür ist die hydrometallurgische Aufarbeitung der Schwarzmasse und ihre präzise Überwachung.

Europa verfolgt das Ziel, kritische Rohstoffe wie Lithium, Nickel oder Kobalt stärker im eigenen Wirtschaftskreislauf zu halten. Diese Metalle sind zentrale Bestandteile von Lithium-Ionen-Akkus und können durch das Europa verfolgt das Ziel, kritische Rohstoffe wie Lithium, Nickel oder Kobalt stärker im eigenen Wirtschaftskreislauf zu halten. Diese Metalle sind zentrale Bestandteile von Lithium-Ionen-Akkus und können durch das Recycling von Altbatterien zurückgewonnen werden. Batterierecycling schließt damit den Wandel von der kleinen Sammelkiste hin zur gesamteuropäischen, industriepolitischen Schlüsselaufgabe ab.

Ob die angestrebten Rückgewinnungsraten erreicht werden, entscheidet sich jedoch nicht auf politischer Ebene, sondern im chemischen Prozess. Metalle müssen selektiv gelöst, in hoher Reinheit getrennt und reproduzierbar zurückgewonnen werden. In Europa etabliert sich dafür zunehmend die hydrometallurgische Route. Sie erlaubt die gezielte Aufarbeitung der Schwarzmasse aus der mechanischen Vorbehandlung von Altbatterien, die die relevanten Elektrodenmaterialien mit Lithium, Nickel, Kobalt und Mangan enthält.

Im Zentrum steht der Laugungsschritt. Hier müssen Temperatur, pH-Wert, Konzentration und Dosierung präzise aufeinander abgestimmt werden. Eine stabile und reproduzierbare Prozessführung ist ohne leistungsfähige Messtechnik nicht möglich. Genau hier setzt Endress+Hauser als kompetenter und verlässlicher Partner an.

Hydrometallurgie im Fokus

Im Vergleich zum pyrometallurgischen Verfahren, bei dem Materialien bei sehr hohen Temperaturen verbrannt und eingeschmolzen werden, arbeitet die Hydrometallurgie in wässriger Phase. Ziel ist es, die in der Schwarzmasse enthaltenen Metalle gezielt aus der festen Matrix herauszulösen und anschließend sortenrein oder als definiertes Gemisch in hoher Ausbeute wieder auszufällen. Dies ist zugleich die Grundlage für die sogenannte pCAM-Produktion (Precursor Cathode Active Material), bei der ein exakt definiertes Metallhydroxid-Gemisch als Vorstufe für neue Kathodenmaterialien hergestellt wird – ein Trend, der für Recycler höhere Margen verspricht, prozessseitig jedoch deutlich anspruchsvoller ist, da die Metallverhältnisse präzise eingestellt werden müssen.

Die führenden Prozessgrößen bleiben dabei pH-Wert und Temperatur – die eingesetzte Messtechnik bleibt somit unverändert entscheidend. Gerade dieses Spannungsfeld aus Wunschprodukt und Ausbeute macht das Verfahren besonders anspruchsvoll. Der Laugungsschritt erfolgt typischerweise in gerührten Reaktoren, in denen aggressive Säuren oder Laugen auf die Schwarzmasse treffen. Schon geringe Abweichungen im pH-Wert und Temperatur können die Ausbeute reduzieren oder die Produktqualität beeinträchtigen. Hinzu kommen mechanische Belastungen durch abrasive Feststoffanteile sowie chemische Beanspruchungen durch stark korrosive Medien. Hydrometallurgische Prozesse sind daher nicht nur chemisch komplex, sondern stellen auch hohe Anforderungen an die eingesetzte Anlagentechnik.

Messtechnik als Garant für Prozesssicherheit

Zur Überwachung der Anlagensicherheit kommen Temperatur-, Druck- und Füllstandsmessungen zum Einsatz. Bei der Temperaturmessung bieten sich Lösungen an, die ohne direkten Mediumskontakt auskommen und damit Leckagen ausschließen und die Lebensdauer der Sensorik erhöhen. Druckmessgeräte mit keramischen Messmembranen halten chemischer und mechanischer Belastung stand und ermöglichen eine zuverlässige Überwachung von Leitungen und Pumpen. Die Kombination aus kontinuierlicher Füllstandsmessung mit Schaumerkennung und Grenzschaltern sichert gegen Überlauf- oder Trockenlaufsituationen ab.

Effizienter Ressourceneinsatz für optimale Ergebnisse

Prozesssicherheit bildet die Grundlage für einen stabilen Anlagenbetrieb, garantiert jedoch noch keine hohe Recyclingquote. pH-Wert und Temperatur sind die führenden Prozessgrößen für Ausbeute und Qualität, aber diese Steuerung funktioniert nur mit einer präzisen und reproduzierbaren Dosierung der eingesetzten Chemikalien. Eine exakte Mengenerfassung ist daher unverzichtbar. Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte bieten hier entscheidende Vorteile, da sie auch bei aggressiven und feststoffbehafteten leitfähigen Medien zuverlässig arbeiten. Sie messen verschleißarm und nahezu druckverlustfrei und das – dank einer 0 × DN Full-Bore-Ausführung – teilweise ohne Einlaufstrecke, was insbesondere bei engen Einbauverhältnissen von Bedeutung ist. Voraussetzung für eine stabile Messung ist ein korrekt ausgeführter Potenzialausgleich, der Störeinflüsse minimiert und die Signalqualität sichert. Besonders vorteilhaft ist die Funktion des echten erdfreien Messens. So entsteht die verlässliche Basis für eine präzise Regelung der Chemikalienzugabe und damit für eine konstante Prozessqualität bei geringem Ressourcenverbrauch.

Hilfskreisläufe und Energieeffizienz im Blick

Hydrometallurgische Prozesse sind temperaturgeführt und daher auf externe Heiz- oder Kühlkreisläufe angewiesen. Messtechnik übernimmt dabei eine doppelte Funktion. Sie sorgt zum einen für stabile Reaktionsbedingungen und ermöglicht ein gezieltes Energiemanagement. Durch die kontinuierliche Erfassung der übertragenen Wärmemengen werden Energieflüsse transparent und Optimierungspotenziale sichtbar. Vergleichende Messungen vor und nach dem Reaktor ermöglichen es, Effizienzverluste oder Leckagen frühzeitig zu erkennen. Ergänzend sichern Leitfähigkeits- und pH-Messungen die Qualität der eingesetzten Wärmeübertragungsmedien. Sie helfen Korrosion oder Ablagerungen vorzubeugen. Präzise Instrumentierung leistet damit nicht nur einen Beitrag zur Prozessstabilität, sondern auch zur langfristigen Wirtschaftlichkeit der Anlage.

Der geschlossene Kreislauf beginnt im Detail

Batterierecycling wird so zu einem tragenden Element der europäischen Kreislaufwirtschaft. Die regulatorischen Rahmenbedingungen sind gesetzt, die technologischen Konzepte etabliert. Gleichzeitig entwickelt sich die Batterietechnologie kontinuierlich weiter. Hersteller arbeiten daran, den Einsatz kritischer Rohstoffe wie Kobalt zu reduzieren und alternative Kathodenmaterialien einzusetzen. Für das Recycling bedeutet diese Entwicklung jedoch keinen Umbruch. Unabhängig von der konkreten Zellchemie müssen die enthaltenen Wertstoffe aus der Batteriemasse gelöst, getrennt und in definierter Qualität zurückgewonnen werden. Die hydrometallurgische Prozesskette bleibt damit technologisch konstant.
Entscheidend ist also nicht die genaue Zusammensetzung der Batterie, sondern die Fähigkeit, unterschiedliche Eingangsmaterialien stabil und reproduzierbar zu verarbeiten. Genau hier zeigt sich der Wert präziser Messtechnik: Das Rad der Kreislaufwirtschaft dreht sich weiter und die Messtechnik hält es in der Spur.

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FMRx0B

Die Micropilotreihe FMR10B, FMR20B und FMR30B eignet sich ideal für das Batterierecycling innerhalb der Circular Economy, da sie dank ihrer universellen Einsetzbarkeit für Flüssigkeiten und Feststoffe in nahezu allen Prozessschritten eingesetzt werden kann – von Lager- und Prozessbehältern im hydrometallurgischen Bereich bis hin zu Feststoff- und Abwasseranwendungen. Durch die berührungslose 80-GHz-Radartechnologie misst sie zuverlässig ohne direkten Kontakt zum Medium, selbst durch die Wände von IBC-Containern, was den Bedienaufwand reduziert und Kontaminationsrisiken minimiert.

Die Standardisierbarkeit – ein Sensor für viele Anwendungen – senkt die Gerätevielfalt und verringert den Wartungsaufwand. Zudem kann die Micropilotreihe den gesamten Scale-up von der Pilot- bis zur Produktionsanlage begleiten, da sie von einfachen Labor-IBCs bis hin zu großen Prozessbehältern konsistent dieselbe Messperformance liefert.

Heartbeat Technology

Zusätzlich steigert die optionale Heartbeat Diagnostics die Prozesssicherheit, da sie eine kontinuierliche Geräteüberwachung sowie eine geführte, dokumentierte Verifizierung ohne Prozessunterbrechung erlaubt – ein wesentlicher Vorteil für stabile und nachhaltige Recyclingprozesse. Während der FMRx0B die häufigen Standardmessstellen im Recyclingprozess abdeckt, bieten die FMR6xB Sensoren dieselbe Heartbeat Philosophie – jedoch erweitert um tiefere Monitoring Funktionen für besonders kritische und hochdynamische Prozessschritte.

iTHERM SurfaceLine TM611

Gerade im Batterierecycling, wo durch aggressive Medien hohe Sicherheitsansprüche zum Tragen kommen, ist eine sichere und zuverlässige Temperaturüberwachung entscheidend. Das iTHERM SurfaceLine TM611 ermöglicht als nicht-invasives RTD- oder Thermoelement-Thermometer eine präzise Messung ohne Eingriff in den Prozess und ohne zusätzliche Leckagerisiken. Dank einer Messperformance vergleichbar mit einer invasiven Messung auch unter anspruchsvollen Bedingungen liefert es schnell stabile und genaue Werte. Ein speziell entwickeltes thermisches Kopplungselement sorgt für optimale Wärmeübertragung zum Sensor für eine hervorragende Messperformance besser als im Vergleich zu Lösungen mit elektronischer Kompensation.

Über die Endress+Hauser Gruppe

Endress+Hauser ist ein global führender Anbieter von Mess- und Automatisierungstechnik für Prozess und Labor. Das Familienunternehmen mit Sitz in Reinach/Schweiz erzielte 2024 mit über 17.000 Beschäftigten mehr als 3,7 Milliarden Euro Umsatz.
Geräte, Lösungen und Dienstleistungen von Endress+Hauser sind in vielen Branchen zu Hause. Die Kunden gewinnen damit wertvolles Wissen aus ihren Anwendungen. So können sie ihre Produkte verbessern, wirtschaftlich arbeiten und zugleich Mensch und Umwelt schützen.
Endress+Hauser ist weltweit ein verlässlicher Partner. Eigene Vertriebsgesellschaften in mehr als 50 Ländern sowie Vertreter in weiteren 70 Staaten stellen einen kompetenten Support sicher. Produktionsstätten auf vier Kontinenten fertigen schnell und flexibel in höchster Qualität.
Endress+Hauser wurde 1953 von Georg H. Endress und Ludwig Hauser gegründet. Seither treibt das Unternehmen Entwicklung und Einsatz innovativer Technologien voran und gestaltet heute die digitale Transformation der Industrie mit. Mehr als 9.000 Patente und Anmeldungen schützen das geistige Eigentum.

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