Aufgabenbereiche in der effizienten Wasseraufbereitung

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Batterierecycling#

EWA Batterierecycling
© Fraunhofer ISC

Aufbereitung von Prozesswasser aus Lithium-Ionen-Batterie-Recyclinganlagen

Während des Recycelns von Lithium-Ionen-Batterien fallen häufig große Mengen an Prozesswasser an. Darin befinden sich verschiedene wertvolle Materialien wie gelöste Metallionen (z. B. Li, Ni, Co, Mn, Al, Cu, Fe) sowie fluor-, phosphorhaltige Spezies und organische Bestandteile.

Mit dem Ziel den Batteriewertstoffkreislauf zu stärken, liegt der Schwerpunkt im Projekt EWA im Bereich Batterierecycling auf der effizienten Abtrennung und Rückgewinnung dieser Materialien sowie der Rückführung des gereinigten Wassers in den Recycling-Prozess.
Aufbauend auf den Analyse- und Trenntechnologien am Fraunhofer ISC und Fraunhofer IFAM sowie mit der Unterstützung des Fraunhofer IKTS werden Konzepte für eine effiziente Aufbereitung von Prozesswasser aus Lithium-Ionen-Batterie-Recyclinganlagen erarbeitet und ein Gesamtprozess entwickelt. Die Entwicklung des Prozesses erfolgt in enger Abstimmung mit den beteiligten KMUs.   

 

Vorgehensweise Batterierecycling#

EWA Vorgehensweise Batterierecycling
© Fraunhofer ISC

Projektpartner#

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Lithium-Gewinnung#

EWA Lithium-Gewinnung
© AdobeStock
EWA Lithium-Gewinnung
© AdobeStock

Lithiumgewinnung durch elektrochemisches „Ion Pumping“


Die Lithium-Ionen-Batterie (LIB) stellt die derzeit verbreitetste elektrische Speichertechnologie dar. Mit ihrer hohen Energie- und Leistungsdichte ist sie extrem vielseitig in Bereichen wie Elektromobilität, Power Tools und auch stationären Anwendungen einsetzbar. Die immer größer werdende Nachfrage erfordert eine Steigerung der Lithiumproduktion und damit auch die Erschließung neuer Lithiumressourcen.

Besonders die ressourcenschonende Lithiumgewinnung aus Sole bzw. hydrogeologische Quellen stellt eine vielversprechende Alternative zur herkömmlichen Rohstoffgewinnung dar. Mithilfe des sog. elektrochemischen „Ion Pumping“ Verfahrens lassen sich selektiv Lithium-Ionen aus wässrigen Lösungen extrahieren. Auf Basis der bereits gewonnenen Laborergebnisse zu diesem Verfahren, wird der Prozess innerhalb des EWA Projekts auf realistische Industrieszenarien zur Lithiumgewinnung aus geothermischen Quellen angewandt und evaluiert. Ein weiteres Ziel ist die Hochskalierung des Reaktors, um die Kompatibilität der Materialien zu testen. 



Elektrochemisches "Ion Pumping"#

EWA Lithium-Rückgewinnung
© Fraunhofer IFAM

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Alginit in Klärprozessen#

EWA Alginit in Klärprozessen
© K. Dobberke für Fraunhofer ISC

Selektive Adsorption von Metallionen und Umweltschadstoffen


Magnetische Trägerpartikel sind in der Lage (Schwer-)Metallionen und Schadstoffe wie Medikamentenrückstände selektiv und effizient aus Prozess- und Abwässern zu entfernen.
Die Trägerpartikel werden nach dem Baukastenprinzip je nach Anforderung individuell designt. Als Ausgangspartikel dienen Magnet- und Silicapartikel, die mit einer großen Vielzahl an Adsorberreagenzien (spezifischen Endgruppen oder Alginit) kombiniert werden können. Je nach Partikeltyp lassen sich die gebundenen Wert-/Schadstoffe anschließend magnetisch oder mittels Zentrifugation abtrennen. Ein besonders effizienter und selektiver Adsorber für Umweltschadstoffe ist das Alginit. Es handelt sich um einen natürliche vorkommenden, recyclebarer Ölschiefer, der im Gegensatz zur derzeit verwendeten Aktivkohle kostengünstig ist und eine hohe Umweltverträglichkeit sowie sehr gute Abtrennleistung sowohl für hydrophile als auch hydrophobe Stoffe aufweist.

 

Mit dem Ziel Umweltschadstoffe selektiv aus Prozess- und Abwässern zu entfernen liegt der Schwerpunkt in diesem Teilprojekt auf der Entwicklung geeigneter Adsorbersysteme, die selektiv und effizient einzelne Stoffgruppen abtrennen. Mit der Unterstützung vom Fraunhofer IGB sollen die Systeme in einer realen Einsatzumgebung (z. B. Klinikabwasser) unter Einhaltung der Zielparameter für Industriewässer getestet werden.

Magnetkreislauf#

EWA Magnetkreislauf Magnetische Adsorberpartikel
© Fraunhofer ISC

Projektpartner#

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Meerwasserentsalzung#

EWA Meerwasserentsalzung
© unsplash

Direkte Meerwasserentsalzung durch elektrochemische Verfahren


Für die zukünftige Wasseraufbereitung gelten elektrochemische Verfahren aufgrund ihrer guten Reversibilität und Effizienz als besonders attraktiv. Durch die Verwendung von sogenannten Landungstransferelektroden, wie sie auch in elektrochemischen Energiespeichern eingesetzt werden, kann die Entsalzungskapazität im Vergleich zu den thermischen Verfahren und der Umkehrosmose wesentlich erhöht werden.

In dem Projekt Meerwasserentsalzung wird aufbauend auf der vorhandenen Expertise der Fraunhofer-Institute IFAM und ISC im Bereich der Zink-Luft-Batterie ein neuartiges Verfahren zur elektrochemischen Entsalzung von Meerwasser eruiert.

Dabei gilt es sowohl geeignete Gasdiffusionselektroden als auch Katalysatoren, sowie weitere Komponenten für den Aufbau eines Demonstrators in Form einer skalierbaren Zink-Luft-Entsalzungszelle zu identifizieren. Betrachtet wird dabei insbesondere die Möglichkeit einer direkten Meerwasserentsalzung für die Elektrolyse zur Herstellung von grünem Wasserstoff.

 

EWA Meerwasserentsalzung Kohlenstoffpapier
© Fraunhofer IFAM
Kohlenstoffpapier für die Gasverteilung und als Aktivschicht-Substrat
EWA Meerwasserentsalzung Kohlenstoffgewebe
© Fraunhofer IFAM
Kohlenstoff-Gewebe für die Gasverteilung und als Aktivschicht-Substrat