Die nachhaltige Transformation der Energie- und Mobilitätssysteme erfordert leistungsfähige, sichere und langlebige Energiespeicher. Batterien sind somit eine zentrale Schlüsseltechnologie – nicht nur für die Dekarbonisierung, sondern auch für wirtschaftliche Resilienz, industrielle Wettbewerbsfähigkeit und geopolitische Handlungsfähigkeit.
Der weltweit stark steigende Bedarf an Batteriezellen verschärft jedoch den Druck auf Rohstoffmärkte, Lieferketten und Produktionskapazitäten. Um sich dieser Problematik anzunehmen, forscht und analysiert die Fraunhofer FFB mit diversen Partnern in unterschiedlichen Projekten u.a. zur Rückgewinnung von Materialien und deren Reintegration in die Batterieproduktion (RECLAIM), zu zirkulären Phosphatkreisläufen (SuSyPhos) oder auch zu sekundären Rohstoffquellen (SeRoBatt) aus nicht-batteriebasierten End-of-Life Produktion für die Batteriezellproduktion. Denn die Batteriezellfertigung muss nicht nur kostenoptimiert, leistungsfähig und skalierbar sein, sondern auch konsequent entlang ökologischer und zirkulärer Prinzipien entwickelt und umgesetzt werden. Nur dann sind die Voraussetzungen für eine Versorgungssicherheit, Umweltentlastung und die langfristige Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Batterieindustrie gegeben.
Nachhaltigkeit in der Batteriezellfertigung erfordert einen ganzheitlichen Blick auf den gesamten Lebenszyklus der Batteriezelle. Langfristiges Ziel ist die Schließung von Materialkreisläufen und die systematische Reduktion des Ressourcen- und Energieeinsatzes. Internationale Analysen, unter anderem eine des World Economic Forums in Zusammenarbeit mit dem Rocky Mountain Institute und der Global Battery Alliance, identifizieren hierfür mehrere zentrale Hebel.
Dazu zählt insbesondere die durchgängige Rückverfolgbarkeit der Batterie (Traceability) über ihren gesamten Lebenszyklus – von der Materialauswahl, über die Erstverwendung, Reparatur bis hin zur möglichen Wiederverwendung. Nur auf dieser Basis lassen sich Materialströme, Wiederverwendungspotenziale und Recyclingpfade datenbasiert analysieren und gegebenenfalls bewerten und steuern. Ergänzend gewinnen Leistungs- und Datenstandards sowie festgelegte Regulierungen an Bedeutung. Instrumente wie der Battery Passport erweitern klassische Zielgrößen wie Sicherheit, Kosten und der Leistungsfähigkeit der Batterien um Kriterien wie Demontierbarkeit, Reparierbarkeit und Rezyklierbarkeit.
Somit verschiebt sich der Forschungsschwerpunkt von einer rein nutzungsorientierten Auslegung der ersten Lebensdauer hin zu einem systematisch nachhaltigen Designansatz über mehrere Lebensphasen hinweg. Kritische Rohstoffe wie Lithium, Nickel und Kobalt und Grafit stehen hier besonders im Fokus. Neben der Reduktion ihres Einsatzes und der Erforschung alternativer Batteriezelltechnologien (etwa Natrium-Ionen-Batterien oder Feststoffbatterien) ist der gezielte Wiedereinsatz hochwertiger Rezyklate von zentraler Bedeutung. Second-Life Technologien sollten laut World Economic Forum, RMI und Global Battery Alliance durch politische Maßnahmen unterstützt und gefördert werden.
Zudem ist der Aufbau einer möglichst europäischen, kreislaufwirtschaftlichen Wertschöpfung sowie die Einbindung weiterer Länder in die Wertschöpfungskette und somit die Verkürzung möglichen Transportwegen von Materialien maßgeblich relevant für die Nachhaltigkeit von Batterien. Denn auch der grenzüberschreitende Transport aus aller Welt und lange Lieferketten der Materialien erhöhen die Emission und die ausgeschoßenen Treibhausgase im Prozess der Batteriezellfertigung. Die Verlagerung von Teilen der Batterielieferkette und -produktion in die EU ermöglicht es dieser, Produktionsparameter zu prüfen und internationale Standards zur Materialzusammensetzung kontrollierbar zu halten.
Die Fraunhofer FFB versteht sich als europäische Enabler-Plattform. Hier erforschen und skalieren Wissenschaftler nicht nur umweltfreundlicheren Methoden bezüglich der Auswahl und Aufbereitung der Rohstoffe im Rahmen einer second-life Verwendung, einem effizienteren, sicheren Zelldesign, sondern auch nach Möglichkeiten der Wiederverwendung und des Recycling von Materialien.
Effiziente End-of-Life-Strategien und moderne Recyclingverfahren sind zentrale Bausteine einer funktionierenden Batteriekreislaufwirtschaft. Sie ermöglichen die Rückgewinnung wertvoller Rohstoffe und deren Wiedereinsatz in der Batteriezellproduktion, wodurch geschlossene Materialkreisläufe realistisch werden. Um Ihnen einen Eindruck dieses Forschungsfeldes der Fraunhofer FFB bieten zu können, finden Sie hier einige unserer Projekte. Möchten Sie mehr erfahren? Wenden Sie sich gern an unsere Expert*innen. Die Kontaktdaten finden Sie auf den jeweils verlinkten Projektseiten.
In dem neuen Forschungsprojekt RECLAIM von Fraunhofer FFB, cylib, MEET, No Canary, Otto Junker Solutions und dem PEM der RWTH Aachen steht die Delamination – die Trennung von Aktivmaterial und Stromsammlerfolie – im Mittelpunkt. Dies erfolgt mittels thermischer, mechanischer und nasschemischer Verfahren. Geforscht und umgesetzt wird an verschiedenen Aktivmaterialien und Bindersystemen. Mithilfe dieses Recyclingverfahrens können bis zu 60 % der Kosten und bis zu 80 % der CO2-Emissionen eingespart werden.
Das Forschungsprojekt befasst sich mit der Rückgewinnung von Phosphat aus Abwässern und Klärschlämmen sowie dessen Weiterverarbeitung als LFP für Batterien. Die Fraunhofer FFB, das MEET Batterieforschungszentrum, die FH Münster, das Institut für betriebswissenschaftliches Management der Universität Münster und die BeTeBe GmbH untersuchen gemeinsam den Wertschöpfungskreislauf von der Phosphatabtrennung bis hin zur elektrochemischen Prüfung der fertigen Batteriezelle sowie ökologischen und wirtschaftlichen Bewertung dieser. Ziel ist es, die Tragfähigkeit eines zirkulären Phosphatkreislaufs zu bewerten und somit Importabhängigkeit und Umweltbelastungen zu reduzieren.
Das gemeinsame Forschungsprojekt von Fraunhofer FFB, IME der RWTH Aachen, MEET, IWARU der FH Münster, elores und Fraunhofer IWKS verfolgt das Vorhaben, sekundäre Rohstoffquellen aus nicht-batteriebasierten End-of-Life-Produkten für die Batteriezellproduktion zu identifizieren und zu erschließen. Der Fokus liegt auf der Entwicklung geeigneter Recyclingverfahren, der Synthese der gewonnenen Rezyklate zu NMC-Aktivmaterial sowie deren Reintegration und Bewertung in Testzellen. Vor dem Hintergrund unerschlossener Materialkreisläufe, wachsender regulatorischer Anforderungen und begrenzter Verfügbarkeit ausgedienter Batterien werden beispielsweise lithiumhaltige Kochfelder als relevante Stoffgruppe untersucht. Ziel ist die ökologische und wirtschaftliche Sinnhaftigkeit solcher Rückgewinnungsansätze zu bewerten und Ansatzpunkte zur Schließung von Rohstoffkreisläufen aufzuzeigen.
Die Fraunhofer FFB spielt eine Schlüsselrolle bei der Umsetzung nachhaltiger und zirkulärer Batteriekonzepte in Europa. Als Forschungsfertigung für Batteriezellen ermöglich sie die Skalierung von neuen Materialien und Prozessen unter realistischen Produktionsbedingungen. Somit fungiert sie als Bindeglied zwischen Forschung und Industrie. Hauptfokus der Fraunhofer FFB ist die Fertigung von Batteriezellen, doch gerade vor dem Hintergrund steigender regulatorischer Anforderungen und wachsender Marktvolumina wird deutlich: Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft sind keine nachgelagerten Optimierungsfelder, sondern integrale Designparameter zukünftiger Batteriezellgenerationen.
Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB