Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel dieses Projektes war die Entwicklung und Pilotierung von innovativen Verwertungsverfahren f\u00fcr Altbatterien mit hohem Schadstoffpotenzial. Hierzu sollten Batteriegemische automatisch sortiert werden. Die getrennten Fraktionen NiCd- und NiMH-Accumulatoren sowie Lithium-Batterien sollten in neu entwickelten Aufbereitungsverfahren behandelt werden. Altbatterien liefern bis heute den gr\u00f6\u00dften Anteil gef\u00e4hrlicher Schwermetalle wie z. B. Cadmium, Quecksilber oder Blei im Mengenstrom der Haushaltsabf\u00e4lle. Sie enthalten neben Metallen viele verschiedene Kunststoffe, Cellulose oder andere organische Produkte. Diese m\u00fcssen abgetrennt werden, um anschlie\u00dfend die hochwertigen Metalle von Schadstoffen z. B. destillativ zu trennen und verkaufsf\u00e4hig aufzubereiten. Dazu standen bisher nur gew\u00f6hnliche Pyrolyseanlagen zur Verf\u00fcgung, deren Abgas-Problematik bekannt ist.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Oktober 1998 trat eine Batterieverordnung in Kraft, um Altbatterien aus Haushaltungen getrennt einzusammeln. Das Projekt wurde der ver\u00e4nderten Situation angepasst. Da jetzt h\u00e4ndisch sortierte Batteriefraktionen zur Behandlung ausgeschrieben werden, wurde die urspr\u00fcnglich geplante Sortieranlage nicht entwickelt. Weil durch gleiche Anwendungsgebiete und \u00e4hnliches Aussehen NiCd- und NiMH- Accumulatoren in Sortieranlagen nicht zuverl\u00e4ssig unterschieden werden k\u00f6nnen und h\u00e4ufig als gemeinsame Verwertungsfraktion auftreten, wurde deren Behandlung zusammengefasst; es wurden technische L\u00f6sungen zur gemeinsamen Aufbereitung dieser Batterien entwickelt. Anschlie\u00dfend wurde ein Verfahren zur Verwertung von Lithium-Batterien im technischen Ma\u00dfstab konzipiert und erprobt.
\nZun\u00e4chst f\u00fcr NiCd- Accumulatoren wurde ein umweltfreundliches und emissionsreduziertes Trennverfahren mit Hilfe einer vakuum-thermischen Anlage projektiert. Dazu wurde ein hochvakuumf\u00e4higer Quarzrohrinduktionsofen aufgebaut. Es k\u00f6nnen sowohl organische Inhaltsstoffe pyrolytisch abgetrennt als auch das leichtfl\u00fcchtige Schwermetall Cadmium verdampft und an anderer Stelle innerhalb des Vakuumsystems r\u00fcckkondensiert werden. Im Projekt wurde das Zersetzungsverhalten erhitzter Kunststoffgemische bei niedrigen Sauerstoffpartialdr\u00fccken untersucht. Als Versuchsparameter wurden variiert: Systemdruck, Temperaturniveau, Aufheizgeschwindigkeit und Behandlungsdauer. Ziel war, verwertbare \u00d6lfraktionen durch kontrolliertes Kracken von Kunststoffpolymeren zu gewinnen. Ihre parallele Nutzbarkeit zur Reduktion von Cadmiumoxid wurde getestet. Auch die R\u00fcckkondensation von hochreinem verkaufsf\u00e4higen Cadmium wurde untersucht.
\nNickel-Metallhydrid Accumulatoren enthalten Wasserstoff speichernde Legierungen. Diese k\u00f6nnen bei unsachgem\u00e4\u00dfer Handhabung explosiv und Brand f\u00f6rdernd wirken. Enthaltenes Teflon f\u00fchrt bei einer unkontrollierten thermischen Behandlung zu gesundheitssch\u00e4dlichen Halogenorganischen Verbindungen. F\u00fcr dieses seit 1995 vermarktete Produkt bestand bisher kein Recyclingkonzept.
\nF\u00fcr Nickel-Metallhydrid Accumulatoren wurde ein vakuumdichter Beh\u00e4lter zur kontrollierten Desorption des Wasserstoffs konzipiert und gebaut, in dem ein sicheres mechanisches Aufschlie\u00dfen der Batteriezelle gew\u00e4hrleistet sein sollte. Kunststoffe sollten danach abgetrennt und so ein verkaufsf\u00e4higer Nickel-Eisen-Sekund\u00e4rrohstoff gewonnen werden. Dieses Konzept erwies sich als zu aufw\u00e4ndig. Im weiteren Projektverlauf wurde dann unter Freisetzung erheblicher Synergieeffekte ein kombiniertes Verfahren zum Recycling von Gemischen aus NiCd- und NiMH- Accumulatoren entwickelt und erprobt.
\nDie Umweltrelevanz von Lithium-Batterien liegt weniger in den Gefahren kritischer Inhaltstoffe, als vielmehr in dem selbstentz\u00fcndlichen Potenzial der Batterien bei nicht sachgerechter Behandlung. Sie wirken dank ihrer Inhaltsstoffe Brand beschleunigend und sind nicht ohne weiteres zu l\u00f6schen.
\nMehrere Deaktivierungskonzepte wurden im Laborma\u00dfstab erprobt und bewertet. Eine Versuchsanlage im produktionsnahen Ma\u00dfstab wurde errichtet und erprobt. Die Weiterverarbeitung der Zellen zu ver\u00e4u\u00dferungsf\u00e4higen Produkten wurde im Laborma\u00dfstab untersucht.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Der Krack- und Vakuumdestillationsprozess im Quarzrohrinduktionsofen wurde grundlegend untersucht. Er umfasst Wasserdestillation, Vakuumpyrolyse, Dehydrierung von Wasserstoffspeicherlegierungen, Dehydratation von Kalilauge und Cadmiumhydroxid, Reduktion von Cadmiumoxid und die Destillation metallischen Cadmiums. Eine getrennte Abscheidung der Prozessprodukte Wasser, \u00d6l und Cadmium konnte zun\u00e4chst nicht erreicht werden. Dies f\u00fchrte zu erheblichen technischen Problemen. Ursachen sind radiale und axiale Temperaturgradienten. Dadurch werden zeitgleich alle Destillationsfraktionen freigesetzt. Die Vermischung hei\u00dfen Cadmiumgases mit k\u00e4lteren organischen D\u00e4mpfen f\u00fchrt zur spontanen Kondensation des Cadmiumdampfes als feinteiliger Metallstaub.
\nDie Behandlungsanlage wurde an die Problematik angepasst. Durch Neuauslegung der Induktionsspule und Haltestufen beim Aufheizvorgang wurden Temperaturgradienten reduziert. Eine verbesserte Kondensationsfl\u00e4che und ein robuster Staubabscheider wurden nachger\u00fcstet; die getrennte Kondensation von organischen Pyrolyse\u00f6len und Wasserdestillat wurde erreicht. Danach wurde der spezifische Energieverbrauch durch Prozessoptimierung reduziert. Die gemeinsamen Behandlung von NiCd- und NiMH- Accumulatoren ergibt k\u00fcrzere Behandlungszeiten und eine Einsparung von elektrischer Energie; Wasserstoff als ideales Reduktionsmittel f\u00fcr Cadmiumoxid senkte die notwendige Prozesstemperatur signifikant auf ca. 500\u00b0C. Eine abschlie\u00dfende Untersuchung der Anlagenabgase best\u00e4tigte, dass verfahrensbedingt nur ein geringer Abgasstrom entsteht, der alle gesetzlich definierten Grenzwerte f\u00fcr Cadmium, Quecksilber, Benzol oder PAKs um das 10- bis 100-fache unterschreitet.
\nDas Kernproblem der garantierten Deaktivierung der Lithium-Batterien wurde gel\u00f6st, indem die Batterien einzeln mit einer pneumatischen Durchsticheinheit ge\u00f6ffnet und dann in ein Reaktionsbecken \u00fcberf\u00fchrt werden. Mit statistischer Sicherheit von > 99,7% wird dort die Zellspannung innerhalb von 12 h unter 0,1 Volt reduziert. Die Zellen verhalten sich anschlie\u00dfend weder Brand ausl\u00f6send noch Brand f\u00f6rdernd. Die zuverl\u00e4ssige Deaktivierungstechnik erm\u00f6glicht bereits in der Versuchsanlage einen produktionsnahen Durchsatz, ist jedoch auf eine manuelle Vorsortierung unterschiedlicher Bauformen angewiesen.
\nDie deaktivierten Zellen konnten anschlie\u00dfend im Laborma\u00dfstab mittels mechanischer Mahl- und Klassierverfahren in Manganoxid und Edelstahl zerlegt werden. Zur Nutzung der Reaktionsgase wird eine motorische Verbrennung zum Zwecke der Stromerzeugung vorgeschlagen. Es wurden die Grundlagen zur Konzeption und Errichtung einer ersten Behandlungsanlage geschaffen. Sekund\u00e4rrohstoff-Versuchschargen aus gr\u00f6\u00dferer Mengen Altbatterien k\u00f6nnen bereits erzeugt werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Das Projekt wurde auf zahlreichen internationalen Kongressen und Tagungen vorgestellt, z. B.:
\n1th Int. Workshop on Commercial Opportunities In Consumer Battery Recycling, Singapore, Mai 2000;
\nEuropean Metallurgical Conference, Friedrichshafen, September 2001;
\nFreiberger Recycling- und Aufbereitungstage, Universit\u00e4t Freiberg\/Sachsen, November 2001;
\n8th International Battery Recycling Congress, Vienna, Austria, 3-5 July 2002.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die installierte Vakuum-thermische Anlage zum Recycling von verbrauchten Konsumakkumulatoren Typ Nickel-Cadmium oder Nickel-Metallhydrid konnte nach umfangreichen Anpassungsentwicklungen zu einer produktionstauglichen, wirtschaftlichen und flexiblen Verwertungsanlage verbessert werden. Sie erm\u00f6glicht trotz der gro\u00dfen Anzahl unterschiedlichster organischer und anorganischer Inhaltsstoffe in Batterien die selektive Trennung des Schwermetalls Cadmium, der Kunststoffe und des Wassers vom ni-ckel-eisenhaltigen Rest-Batteriek\u00f6rper. Das Verfahren zeichnet sich durch geringen Energieverbrauch und minimale Emissionen aus. Auch Lithium-Batterien k\u00f6nnen mit dem hierf\u00fcr fortentwickelten Recyclingprozess erstmalig einer stofflichen Verwertung zugef\u00fchrt werden. Das Verfahren minimiert die Brandgefahr und bietet gegen\u00fcber der Entsorgung in Verbrennungsanlagen deutliche Vorteile.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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