Übung 12 Flashcards
Frage 1: Welche sind die Prinzipien der Abfallhierarchie nach EU Richtlinie 2008/98/EC?
Die Entstehung von Abfällen muss zuerst vermieden werden. Darüber hinaus sollen die Produkte so lang wie möglich weiterverwendet und dann recycelt werden. Nur die Anteile, die nicht recycelt werden können, sollen energetisch verwertet oder in einer Deponie entsorgt werden.
Frage 2: Auf welchen Grundlagen basiert die Abfallhierarchie? Was ist das Ziel des Gesetzgebers?
Die Grundlagen der Abfallhierarchie basieren darauf, dass Abfall nicht ohne Nutzen existiert, sondern als Eingangsmaterial für weitere Prozesse in einer geschlossenen Kreislaufwirtschaft betrachtet werden soll. Ziel ist die Maximierung des Restwerts der in der Verwertungspyramide dargestellten Produkte.
Nachfolgend sind die Hierarchiestufen der Abfallhierarchie dargestellt:
1. Zuerst ist eine Wiederverwendung des gebrauchten Produkts mit
minimalem Einsatz von zusätzlichen Ressourcen anzustreben.
2. Ist eine Wiederverwendung nicht möglich, soll durch den gezielten Austausch von Komponenten die Produktqualität erhöht werden
(Remanufacturing).
3. Wenn ein Remanufacturing nicht sinnvoll ist, werden die einzelnen
Materialien des Produkts recycelt.
4. Der letzte Schritt ist die thermische Verwertung (Verbrennung) des
Produkts.
Das Ziel des Gesetzgebers ist es eine möglichst hohe Hierarchiestufe der Abfallhierarchie bei der weiteren Verwendung des Produkts zu ermöglichen.
Frage 3: Wer ist für die Sammlung und das Recycling von Batterien nach EU Richtlinie 2006/66/EC verantwortlich?
Der Hersteller muss dafür sorgen, dass die Batterien ohne viel Aufwand von den Verbrauchern entsorgt werden können. Der Verkäufer muss Batterien zurücknehmen, ohne diese Rücknahme an Bedingungen zu knüpfen.
Frage 4: Was sind die Sammelquote und die Recyclingquote im Sinn der EU Richtlinie 2006/66/EC?
Die Sammelquote ist das Verhältnis zwischen dem Gesamtgewicht der pro Jahr zurückgewonnenen Batterien und dem durchschnittlichen jährlichen Gewicht der in den letzten 3 Jahren verkauften Batterien.
Die Recyclingquote ist das Verhältnis zwischen dem Gewicht der zurückgewonnenen Materialien und dem Gewicht der zum Recycling eingesammelten Batterien.
Die Richtlinie gibt eine Recyclingquote von mindestens 50 % für Lithium-Ionen Batteriesysteme vor, aber schreibt nicht vor wie die Materialien verwertet werden müssen. Zum Beispiel gilt die Verwendung von in Schlacke gebundenem Lithium in der Bauindustrie als „recycelt“, obwohl dieses Lithium für die Batterieproduktion nicht mehr zur Verfügung steht und die Bauindustrie problemlos auf andere Baumaterialien zurückgreifen könnte.
Frage 5: Was sind hydro- und pyrometallurgische Recyclingprozesse? Welche Vor- und Nachteile ergeben sich dabei?
Hydrometallurgische Verfahren ermöglichen die Rückgewinnung von Materialien durch chemische Reaktionen bei niedrigen Temperaturen und durch den Einsatz von flüssigen und gasförmigen Lösemitteln, damit spezifische Materialien in den jeweiligen Prozessschritten gefällt und abgetrennt werden können.
Vorteile:
● Geringer Energiebedarf
● Skalierbarkeit für kleine Anlagen Nachteile:
● Mechanische Aufbereitung der Materialien vor dem Recyclingprozess sehr wichtig
● Umgang mit Chemikalien
Pyrometallurgische Verfahren nutzen hohe Temperaturen, um die Materialien zu schmelzen und einzelne Legierungen zurückzugewinnen. Vorteile:
● Mechanische Aufbereitung der Materialien vor dem Recyclingprozess unkritisch
● Niedrige Störanfälligkeit Nachteile:
● Hoher Energiebedarf
● Abgasreinigung notwendig
Frage 6: Was ist ein großes Problem aller Recyclingverfahren, dessen Lösung die Effizienz von Recycling erheblich steigern würde?
Ein großes Problem aller Recyclingverfahren ist die mechanische Aufbereitung der Batteriepacks, weil der gewählte Recyclingprozess nur bei bestimmten Materialien effektiv funktioniert. Eine Zerlegung bis auf Zellkomponentenebene und deren Zuführung an die am besten geeigneten Recyclingverfahren würde die bessere Verwertung der eingesetzten Materialien erlauben.
Frage 7: Wie ist der State of Health einer Batterie definiert?
Der State of Health (SOH) ist das Verhältnis zwischen der Kapazität einer vollgeladenen Batterie und derselben Batterie im neuen Zustand
𝑆𝑂𝐻= 𝐶 /cneu
Frage 8: Wann ist die Grenze für den Einsatz als Traktionsbatterie normalerweise gesetzt? Warum?
Normalerweise wird ein SOH > 80% als Grenze für den Einsatz als Traktionsbatterie angenommen. Obwohl eine Batterie länger benutzt werden kann, sinkt die Energiedichte mit dem SOH, so dass die Energieeffizienz des Betreibens einer schweren Batterie mit geringer Energieinhalt fraglich wird. In Anwendungen, wo die Energiedichte fast keine Rolle spielt, weil die Batterie stationär eingesetzt wird, kann die Batterie weiterbenutzt werden
Frage 9: Was ist ein großes Problem aller Recyclingverfahren, dessen Lösung die Effizienz von Recycling erheblich steigern würde?
Ein großes Problem aller Recyclingverfahren ist die mechanische Aufbereitung der Batteriepacks, weil der gewählte Recyclingprozess nur bei bestimmten Materialien effektiv funktioniert. Eine Zerlegung bis auf Zellkomponentenebene und deren Zuführung an die am besten geeigneten Recyclingverfahren würde die bessere Verwertung der eingesetzten Materialien erlauben.
Frage 10: Welche sind die größten Herausforderungen in der Demontage von Batteriepacks?
Die Anwendung von nicht lösbare Verbindungen wie Klebstoffe, wärmeleitenden Gap-Fillers, heißgepreßte Bolzen, und die Zellkontaktierung durch Schweißen.
Die Anwendung von Konstruktionsmerkmale, die nicht automatisiert demontiert werden können, wie Kabeln, Kabelbindern, Steckern.
Eine Montagereinfolge, die in der Demontage nicht in die Gegenrichtung gefolgt werden kann, wegen z.B. unzureichenden Zugänge
Frage 13: Welche Zuverlässigkeitseigenschaften müssen Produkte aufweisen, um für die Wiederaufbereitung geeignet zu sein?
Es sollte überwiegend aus Komponenten bestehen, die sehr wenig verschleißen. Der Verschleiß sollte sich auf wenige identifizierbare Komponenten beschränken. Idealerweise sind die Komponenten mit der höchsten Ausfallrate günstig und einfach zu diagnostizieren sowie ersetzen. Somit lässt sich durch einen Austausch der Verschleißkomponenten eine ähnliche Zuverlässigkeit wie beim neuwertigen Produkt herstellen
Frage 14: Wie sind die Zuverlässigkeitseigenschaften von Lithium-Ionen-Batteriesystemen im Vergleich?
Wenn ein Batteriesystem ausfällt (die Anforderungen nicht mehr entspricht), sind die Zellen normalerweise beschädigt oder gealtert; nur wenige Zellen sind normalerweise für den Ausfall des Systems verantwortlich. Leider sind die Zellen weder einfach zu diagnostizieren noch zu ersetzen und sowieso nicht günstig.
Nach dem Ersatz einiger Zellen ist es schwierig, die Restlebensdauer des Systems vorherzusagen.
Frage 15: Welchen Anforderungen werden an ein wiederaufbereitbares Produkt gestellt?
Das Produkt wird durch die Nutzung nicht unbrauchbar und kann auf einen „wie neuen“ Zustand gebracht werden, der einen ähnlichen Wert wie das neue Produkt hat.
Das Produkt besteht aus in einer Serienumgebung austauschbaren Komponenten, deren Zustand günstig diagnostiziert werden kann.
Die Zukaufteile für die Wiederaufbereitung sind im Vergleich mit dem Wert des neuen Produkts gering
Das Produkt wird nicht durch disruptive Technologiesprünge obsolet -> daher es wird noch gebraucht, obwohl es durch bessere Produkte überholt werden kann (z.B. Ersatzteile)
Frage 16: Sind diese Anforderungen für Lithium-Ionen-Batteriesysteme realistisch?
Die Batteriezellen werden nicht unbrauchbar, aber altern zyklisch und kalendarisch, wodurch ihr Wert sich verringert. Dazu ist die Diagnose noch schwierig und würde durch die Daten der Nutzungshistorie einfacher. Die meisten Komponenten sind austauschbar, einige können aber nur teildestruktiv zerlegt werden. Die Zukaufteile, die die in der Zerlegung zerstörten Teile ersetzen, sind relativ günstig. Es werden neue Batterietechnologien erwartet, die aber nicht als Ersatzteil bestehender Produkten eingesetzt werden sollen, so bleibt ein Markt für die Wiederaufbereitung offen
Frage 17: Was sind die Gründe für die Umwidmung der gebrauchten Batterien?
Weil der Ausfall einer Batterie, definiert gegenüber Anwendungsspezifischen Anforderungen definiert ist, können nach dieser Definition ausgefallene Batterien immer noch die Anforderungen für andere Anwendungen erfüllen.
Weil neue Zellen teuer sind, und der Ersatz von wenigen Zellen durch neue technisch aufwendig wäre (nicht lösbare Verbindungen, Gefahr, usw.), kann das Restwert gebrauchter Batteriepacks, Modulen und Zellen durch die Umwidmung zurückgewonnen werden.
