Elektrofahrzeuge sind zentral für eine klimafreundlichere Mobilität. Vor Kritik gefeit sind sie allerdings nicht, denn insbesondere die Antriebsbatterie bietet in Sachen Nachhaltigkeit grosses Verbesserungspotenzial. An dieser Stelle setzt CircuBAT an. Ziel des neu gestarteten Forschungsprojektes ist es, in den nächsten vier Jahren ein zirkuläres Geschäftsmodell für Lithium-Ionen-Batterien aus der Mobilität zu etablieren. «Das verbessert die Ökobilanz von Elektrofahrzeugen, stellt Speicher für die Energiewende zur Verfügung und spart Ressourcen», sagt Projektleiter Andrea Vezzini von der Berner Fachhochschule (BFH).

Im Projekt CircuBAT übernimmt die BFH die Rolle des «Leading House». Beteiligt sind auf Seite der Wissenschaft sechs weitere Schweizer Forschungsinstitutionen: die Empa, das «Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique» (CSEM), die Universität St. Gallen (HSG), die Ostschweizer Fachhochschule OST, der Switzerland Innovation Park Biel/Bienne SIPBB und die EPFL. Zudem sind insgesamt 24 Unternehmen beteiligt, von Materialspezialisten über Fertigungsunternehmen bis hin zu Anwendern und Anbietern von Elektrofahrzeugen. Dank dieser Zusammenarbeit von Wissenschaft und Wirtschaft deckt das Projekt alle Lebensabschnitte einer Batterie ab und Erkenntnisse aus der Forschung können direkt in der Anwendung getestet werden.

CircuBAT ist eines von 15 Projekten, welche die schweizerische Agentur für Innovationsförderung Innosuisse in der ersten Ausschreibung der Flagship-Initiative bewilligt hat. Die Initiative will systemische Innovationen in Bereichen fördern, die für einen grossen Teil der Wirtschaft oder Gesellschaft relevant sind und strebt nach Lösungen für aktuelle oder zukünftige Herausforderungen, die mehrere Akteure betreffen und nur durch deren Zusammenarbeit gemeistert werden können.

Empa-Forscherin Nora Bartolomé sucht nach neuen Recyclingmethoden für Lithium-Ionen-Batterien. Bild: Empa

Das Projekt CircuBAT sucht in allen Lebensabschnitten von Lithium-Ionen-Batterien nach Lösungen für verbesserte Nachhaltigkeit. Dazu gehört, die Lebensdauer der Batterien in ihrer ersten Anwendung zu verlängern. Erreichen wollen die Forschenden dies durch die Entwicklung optimaler Lade- und Entladestrategien sowie durch neue Konzepte für den Bau von Batterien, welche Reparaturen einfach möglich machen. Weiter sollen Batterien nach ihrer ersten Anwendung in der Mobilität als stationäre Energiespeicher zum Einsatz kommen. Im Projekt wird deshalb erforscht, wie sich diese am besten ins Stromnetz integrieren lassen und wie ein sicherer sowie effizienter Betrieb gewährleistet werden kann. Schliesslich suchen die Forschenden nach Lösungen für die Demontage und Materialrückgewinnung, so dass die Sekundärrohstoffe in grossen Mengen und guter Qualität der Produktion von neuen Batterien zugefügt werden können. Neben diesen technischen Fragen untersucht das Projekt auch sozioökonomische Aspekte und prüft ganzheitliche Geschäftsmodelle. CircuBAT wird damit einen wichtigen Beitrag zur Dekarbonisierung der Mobilität in der Schweiz und zur Nutzung von erneuerbaren Energien leisten.

Von den sieben Teilprojekten werden drei von Empa-Forschenden geleitet. Das Teilprojekt «Materialrückgewinnung», das vom Empa-Forscher Rolf Widmer geleitet wird, verfolgt das Ziel, ein von Kyburz Switzerland entwickeltes Recyclingverfahren zu optimieren und weiterzuentwickeln. Die brennbaren Elemente der Batterie werden dabei in einem Wasserbad getrennt. So sollen Kupfer, Aluminium, Lithium, Mangan, Nickel und Kobalt in bester Qualität zurückgewonnen werden, um sie für die Produktion neuer Batterien einsetzen zu können.

Das Teilprojekt «Herstellung von Batteriezellen» soll den Herstellungsprozess energiesparender gestalten. Der bei weitem energieintensivste Schritt bei der Herstellung einer Lithium-Ionen-Batteriezelle ist die Trocknung der Batterie-Elektrode nach der Beschichtung. Durch eine trockene Elektrodenbeschichtung fiele dieser Schritt weg, was zu erheblichen Energie- und Kosteneinsparungen führen würde. Der Empa-Forscher Corsin Battaglia leitet dieses Teilprojekt.

Im Teilprojekt «Nachhaltiges Geschäftsmodell» entwickeln Experten der Empa und der Universität St. Gallen zusammen mit weiteren Partnern ein tragfähiges Business-Model für ein nachhaltiges Batterierecyclingsystem. Dafür untersuchen sie unter anderem die ökologischen und sozialen Auswirkungen der anderen Teilprojekte. Mit Blick auf die gesamte Wertschöpfungskette sollen geeignete, wirtschaftlich vorteilhafte Geschäftsmodelle zur Umsetzung dieser Innovationen identifiziert, bewertet und evaluiert werden. Der Empa-Forscher Roland Hischier leitet gemeinsam mit Merla Kubli von der Universität St. Gallen dieses Teilprojekt.