Tiefer graben: Neue Ansätze im Kobaltrecycling bahnen den Weg in eine grünere Zukunft
Moderne Technik, angefangen bei Elektrofahrzeugbatterien über Windkraftanlagen und Solarmodule bis hin zu Smartphones, ist auf den vielseitigen und unverzichtbaren Rohstoff Kobalt angewiesen, damit der Fortschritt nicht ins Stocken gerät. Mit dem Übergang zu einer CO2-armen Wirtschaft steigt die Nachfrage nach Kobalt sprunghaft an, wodurch es zu einem Material wird, das über die Erschaffung einer nachhaltigen Zukunft mitentscheidet. Aber woher soll dieses Kobalt kommen? Auch wenn Europa durchaus über beträchtliche Reserven an kobalthaltigen Erzen verfügt, haben sich die traditionellen Abbaumethoden als nicht nachhaltig erwiesen. Deshalb importiert es um die 65 % seines Kobaltbedarfs (etwa 10 000 Tonnen jährlich) aus afrikanischen Ländern. Nur 35 % stammen aus Sekundärquellen wie dem Recycling von Altbatterien, Superlegierungen und Hartmetallen. Das EU-finanzierte Projekt CROCODILE weist nun Wege zu einer nachhaltigeren und sichereren Lieferkette für Kobalt. „Mit fortgeschrittenen Technologien zur intelligenten Kobaltrückgewinnung wird Kobalt auf effiziente Weise aus Primär- und Sekundärquellen gewonnen, wodurch die Abhängigkeit von Kobaltimporten verringert und eine Kreislaufwirtschaft durch die Wiederverwertung von Kobalt aus Abfällen gefördert wird“, erläutert Projektkoordinatorin Dr. Lourdes Yurramendi.
Nachhaltige Kobaltrückgewinnung aus Primärquellen
„Kobalt kann durch Biolaugung im Bergbau aus Primärquellen ausgelaugt werden“, erklärt Yurramendi. Bei dieser Methode geht es um die Kobaltextraktion aus Lateriterzen unter Einsatz lebender Organismen. Die Bakterien nutzen die bei der Oxidation von Eisenoxiden, Tonmineralen oder Manganoxiden (den Wirtsgesteinen von Kobalt) gewonnene Energie, um das unlösliche Metall in eine lösliche Form wie etwa Kobaltsulfat umzuwandeln. Neben dem Erreichen höherer Kobaltgewinnungsraten und dem verringerten Bedarf an Hochtemperaturschmelzen im Vergleich zu traditionellen Primärmethoden kann die Laugungsflüssigkeit weiterverarbeitet werden, um reines Kobaltmetall zu gewinnen.
Transformation der sekundären Kobaltrückgewinnung: ein synergetischer Ansatz
Das von CROCODILE angewandte technische Konzept für Sekundärquellen beruht auf der Integration mehrerer neuartiger chemischer Verfahrenstechniken mit fortgeschrittenen physikalischen Vorbehandlungslösungen. Bei gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien beispielsweise ist das erste Vorbehandlungsverfahren von entscheidender Bedeutung, um die komplexen Strukturen, die eine Mischung aus kobaltbasierten Verbindungen und Graphit (schwarze Masse) enthalten, in einfachere Verbindungen aufzuspalten. Diese Verbindungen werden dann mittels einer lösenden metallurgischen Behandlung aus dem Abfallstrom abgetrennt, bei der Lösungen auf der Basis von stark eutektischen Lösungsmitteln für den Auslaugungsprozess verwendet werden. Die resultierende Lösung, welche die gelösten Metalle enthält, wird dann weiteren chemischen Raffinationsprozessen unterzogen: Flüssig-Flüssig-Extraktion mit ionischen Flüssigkeiten und elektrolytische Metallgewinnung um das gewünschte Metall, im Falle von CROCODILE Kobalt, zu isolieren und zu reinigen. „Eine Lehre aus der Behandlung der schwarzen Masse von Lithium-Ionen-Batterien lautet, dass neben Kobalt auch weitere Metalle wie Nickel, Mangan und Lithium extrahiert werden können und verwertet werden sollten. Das Recycling aller am Prozess beteiligten Lösungsmittel (stark eutektische Lösungsmittel und ionische Flüssigkeiten) sowie die Wiederverwendung der nach der Auslaugung verbleibenden schwarzen Masse sind für die wirtschaftliche Realisierbarkeit des Prozesses von entscheidender Bedeutung“, erläutert Yurramendi. „CROCODILE hat ein erstes praktikables mobiles metallurgisches System auf der Grundlage modernster hydrometallurgischer und elektrochemischer Technologien entwickelt, das in der Lage ist, Kobalt aus Abfallströmen der schwarzen Masse zu gewinnen“, fügt Yurramendi hinzu. Das mobile System kann in der projektintern gebauten Pilotanlage täglich rund 6 kg Kobaltmetall produzieren. Lebenszyklusanalyse und Kostenstudien zeigen, dass in diesem Prozess – Optimierung und Maßstabsvergrößerung vorausgesetzt – das Potenzial für eine Kobalterzeugung in industrieller Größenordnung steckt. Der von CROCODILE gewiesene innovative integrierte Weg führt den Markt zu einer Lösung, mit der die Abhängigkeit von Kobaltimporten zu minimieren ist sowie eine nachhaltige Lieferkette und Abfallverwertung unterstützt wird.
Schlüsselbegriffe
CROCODILE, Kobalt, Sekundärquellen, Primärquellen, Biolaugung, Lithium-Ionen-Batterien, schwarze Masse, Pyrometallurgie, Hydrometallurgie, stark eutektisches Lösungsmittel, ionische Flüssigkeiten
