Stoff aus Urin hilft beim Kobalt-Recycling

E-Autos, Handys oder Laptops - all diese Gegenstände brauchen Akkus. Mit der Nachfrage nach Speichertechnologien werden auch effiziente Recyclingstrategien immer wichtiger. Forscher aus Schweden haben eine Methode entwickelt, um den kritischen Rohstoff Kobalt zu recyclen. 

Das Besondere daran: Sie schreiben, dass die dafür benötigten Substanzen leicht verfügbar seien und aus Urin und Essigsäure gewonnen werden können. Florian Part, Batterieforscher an der Universität für Bodenkultur Wien, hat die Ergebnisse der Studie eingeordnet. 

Die Bedeutung von Kobalt

Kobalt ist ein silbergraues Metall und von enormer Bedeutung, da es für die Herstellung von einigen Batterietypen benötigt wird. Aus diesem Grund wurde Kobalt von der EU als kritischer Rohstoff eingestuft. 

Das Metall kommt in der Erdkruste mit einer Häufigkeit von 0,003 Prozent vor, was nicht sehr viel ist. Es wird häufig als Nebenprodukt der Nickel- und Kupfergewinnung gewonnen. Die Vorkommen liegen hauptsächlich im Kongo, so das Umweltbundesamt. 

Der Rohstoff hat in der Vergangenheit schon häufiger Aufsehen erregt, da die Förderung von Kobalt mit Umweltzerstörung und Menschenrechtsverletzungen, wie Kinderarbeit oder Zwangsräumungen, in Verbindung gebracht wird, heißt es von Amnesty International.

Recycling von Kobalt 

Im Jahr 2023 konnten rund 10 Prozent des Kobalts laut Internationaler Energieagentur recycelt werden.  Die derzeitigen Methoden zum Recycling von Kobalt aus Batterien haben laut den schwedischen Forschern aber viele Nachteile. 

„Sie verbrauchen große Mengen an Energie und erzeugen Nebenprodukte, die für Mensch und Umwelt gefährlich sind”, sagt Ian Nichols, der an der Studie beteiligt war und Chemieprofessor an der Linnaeus Universität in Schweden ist. 

Harnstoff als Lösung 

Deshalb haben sie nach einer umweltfreundlicheren Lösung gesucht. Die Forscher verwendeten zum einen das Lösungsmittel Acetamid, das aus Essigsäure gewonnen werden kann. Für die richtige Mischung benötigen sie aber auch Harnstoff, der zwar natürlich im Urin vorkommt, für die Forschung aber aus künstlicher Herstellung gekauft wurde. 

Das hat einen Grund: „Beim Recycling muss man reinen, hergestellten Harnstoff verwenden, weil jener, der von Menschen ausgeschieden wird, noch aufwendig aus dem Urin aufbereitet werden müsste. Dieser enthält nämlich auch noch andere Stoffe, die wiederum beim hydrometallurgischen Recycling stören würden”, sagt Part. 

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97 Prozent des Kobalts können recycled werden

Um das Kobalt zu recyclen, verbrachte das Metall zwei Tage lang in dieser erhitzten Mischung. Durch dieses chemische Lösungsmittel konnten in der Forschung 97 Prozent des Kobalts abgetrennt werden.

„Das ist sehr viel und bedeutet, dass dieses Kobalt dann auch für neue Batterien verwendet werden kann”, schildert Part. In Zusammenarbeit mit Forschern des Indian Institute of Technology in Madras, wurden aus dem Kobalt auch tatsächlich neue Batterien produziert. 

Durch diese Methode werden laut den Forschern zwei große Probleme des derzeitigen Recyclings gelöst: Zum einen werden hohe Energiekosten, zum anderen schädliche Abfallprodukte vermieden. „Oft werden in hydrometallurigschen Verfahren Säuren, wie Schwefelsäure verwendet. Das sei aber grundsätzlich kein Problem, wenn man richtig damit umgeht”, so Part.

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Fit für die Industrie? 

Die Forscher sehen gute Chancen für eine großflächige Anwendung des Prozesses. Laut Part muss man die Studie aber genau lesen, denn darin ist nur die Rede von sogenannten LCO-Batterien. 

Diese wurden laut dem BOKU-Forscher vor allem in älteren Tesla Modellen verbaut oder noch heute in Smartphones. „Bei E-Autos stellt man jetzt aber schon langsam auf einen Batterietyp namens Lithium-Eisenphosphat-Batterien um, wo kein Kobalt mehr enthalten ist. Das muss man bedenken, denn der technologische Fortschritt ist enorm”, so Part. 

Um eine Recyclinganlage in einem größeren Maßstab zu bauen, ist eine gewisse Mindestmenge erforderlich. „Ich würde sagen, dass die Menge reiner LCO-Batterien, die zur Entsorgung anfallen, nicht ausreicht, um eine Anlage wirtschaftlich zu betreiben – das geht sich auf gut österreichisch nicht aus”, betont Part.

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Viele Schritte im Recyclingprozess

Auch wenn die Lithium-Kobalt-Oxid-Batterien jetzt weniger gebaut werden, werden viele dieser Batterien erst jetzt zu Abfall. Hier könne die Methode also eine Rolle spielen. „Man muss aber dazu sagen, dass diese Methode nur ein kleiner Prozessschritt von vielen im Batterierecycling ist”, betont Part.

Um ein Recyclingverfahren aber objektiv bewerten zu können, müsse man sich die ganze Verfahrenskette ansehen. „Das machen wir im Rahmen einer Umweltbewertung. Man kann sagen, dass meist eine Kombination aus hydrometallurgisch und pyrometallurgisch die effizienteste und umweltfreundlichste Option ist”, betont Part. 

Wichtig für die Zukunft des Recyclings sei aber auch die Recyclingquote. Hier ist Part optimistisch: „Im Bereich Recycling gehört Europa technologisch gesehen sicher zu den Weltmarktführern. In anderen Regionen der Welt wird viel weniger recycelt, was dazu führt, dass die Batterien auf Deponien landen”, sagt der BOKU-Forscher.