Wie gut sich Lithium, Nickel, Kobalt und Graphit aus Altbatterien zurückgewinnen lassen, hängt wesentlich von der Qualität der sogenannten Schwarzmasse ab. Bislang fehlt es jedoch an einheitlichen Verfahren, um dieses zentrale Zwischenprodukt des Batterierecyclings zuverlässig zu bewerten.

© Fraunhofer ISC | Verlässliche Analyse und Bewertung von Batterie-Rezyklaten für einen effizienten Materialkreislauf in der BatterieproduktionDas neue Forschungsprojekt SHERLOCK will das ändern und standardisierte Güteklassen sowie geeignete Analyseverfahren entwickeln.

Mit den steigenden Anforderungen an das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien wächst auch der Bedarf an verlässlichen Qualitätsstandards für die dabei entstehenden Materialströme. Genau hier setzt das im April 2026 gestartete Forschungsprojekt SHERLOCK an. Bis März 2029 sollen Verfahren entwickelt werden, mit denen sich sogenannte Schwarzmassen präzise charakterisieren und nach einheitlichen Kriterien bewerten lassen.

Das Projekt hat ein Volumen von rund 2,65 Millionen Euro und bringt Forschungseinrichtungen und Unternehmen zusammen. Ziel ist es, die Qualität der aus Altbatterien gewonnenen Materialien besser vorhersehbar zu machen und dadurch nachgelagerte Recyclingprozesse effizienter zu steuern.

Schwarzmasse ist nicht gleich Schwarzmasse

Schwarzmasse entsteht bei der mechanischen Aufbereitung von Lithium-Ionen-Batterien und enthält einen wesentlichen Teil der wertvollen Batterierohstoffe. Dazu gehören unter anderem Lithium, Nickel, Kobalt und Graphit.

Für Recycler besteht allerdings ein Problem: Die Zusammensetzung des Materials kann erheblich schwanken. Batterietyp, Alter, Nutzung und vorgeschalteter Recyclingprozess beeinflussen die Eigenschaften der Schwarzmasse. Hinzu kommen Verunreinigungen, die die weitere Aufbereitung erschweren und sowohl die Effizienz der Rückgewinnung als auch die Qualität der erzeugten Rezyklate beeinträchtigen können.

Eine möglichst genaue Kenntnis der Materialzusammensetzung wird damit zu einem wirtschaftlich relevanten Faktor. Je besser die Qualität einer Schwarzmasse bekannt ist, desto gezielter kann entschieden werden, welcher Recyclingprozess für einen bestimmten Materialstrom geeignet ist.

Güteklassen sollen Vergleichbarkeit schaffen

SHERLOCK will deshalb neue Analyse- und Charakterisierungsmethoden entwickeln, die eine reproduzierbare Bewertung ermöglichen. Ein wesentliches Ziel ist die Definition standardisierter Güteklassen für Schwarzmasse.

Untersucht werden dafür sowohl Materialien aus industriellen Recyclingprozessen als auch speziell hergestellte Modellmaterialien. Letztere sollen es ermöglichen, einzelne Verunreinigungen gezielt einzubringen und deren Auswirkungen auf die verschiedenen Recyclingverfahren zu untersuchen.

Im Mittelpunkt steht dabei insbesondere die Frage, wie sich Störstoffe auf direkte und hydrometallurgische Recyclingprozesse auswirken. Aus den Ergebnissen soll ein Kriterienkatalog entstehen, anhand dessen Schwarzmassen bewertet und geeigneten Recyclingwegen zugeordnet werden können.

Parallel dazu wollen die Projektpartner Verfahren entwickeln, mit denen sich problematische Verunreinigungen gezielt entfernen lassen. Dadurch soll die Qualität der zurückgewonnenen Rohstoffe steigen.

Neue Analytik für industrielle Materialströme

Zum Einsatz kommt ein breites Spektrum analytischer Methoden. Neben etablierten Verfahren zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung erproben die Forscher unter anderem Kernspinresonanz, Magnetpartikelspektroskopie und laserinduzierte Plasmaspektroskopie.

Damit sollen nicht nur die enthaltenen Elemente bestimmt werden. Untersucht werden auch strukturelle und magnetische Eigenschaften sowie Reinheit und Homogenität der Schwarzmasse. Darüber hinaus sollen sich Erkenntnisse über mögliche Gefährdungspotenziale gewinnen lassen.

Langfristig könnte eine solche Analytik dazu beitragen, Materialströme bereits im Recyclingprozess genauer zu klassifizieren und abhängig von ihren Eigenschaften unterschiedlichen Aufbereitungswegen zuzuführen.

Ergebnisse sollen in DIN- und ISO-Normung einfließen

Von besonderer Bedeutung für eine spätere industrielle Nutzung ist die geplante technische Spezifikation. Sie soll unter anderem einheitliche Vorgaben für Probenvorbereitung, Kalibrierung und Messbedingungen enthalten.

Damit wollen die Projektpartner Voraussetzungen dafür schaffen, dass die entwickelten Analyseverfahren nicht nur unter Laborbedingungen funktionieren, sondern auch auf industrielle Anwendungen übertragen werden können. Die Ergebnisse sollen zudem in die Arbeiten von DIN- und ISO-Normungsausschüssen eingebracht werden.

SHERLOCK untersucht darüber hinaus hybride Recyclingketten, in denen direkte Recyclingverfahren mit hydrometallurgischen Prozessen kombiniert werden. Durch eine auf die jeweilige Materialqualität abgestimmte Kombination der Verfahren soll die Rückgewinnung wertvoller Batterierohstoffe effizienter werden.

Recycling wird zum strategischen Faktor

Die wirtschaftliche Bedeutung solcher Verfahren wächst. Mit der europäischen Batterieregulierung steigen die Anforderungen an Recycling und Rohstoffrückgewinnung. Gleichzeitig ist Europa bei zahlreichen für die Batterieproduktion benötigten Rohstoffen auf Importe angewiesen. Eine möglichst hochwertige Rückführung von Lithium, Nickel, Kobalt oder Graphit kann deshalb dazu beitragen, die Abhängigkeit von Primärrohstoffen zu reduzieren.

Nach Einschätzung der Projektpartner könnten optimierte Recyclingprozesse und die effizientere Nutzung von Sekundärrohstoffen zudem die damit verbundenen Treibhausgasemissionen um bis zu 25 Prozent reduzieren.

An SHERLOCK beteiligt sind die Universität Münster mit dem MEET Batterieforschungszentrum, die Physikalisch-Technische Bundesanstalt, die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung und das Öko-Institut sowie die Unternehmen Pure Devices und phase VISION. Pure Devices übernimmt die Projektkoordination, das Fraunhofer ISC die Co-Koordination. Hinzu kommen assoziierte Partner aus der Recyclingwirtschaft, die unter anderem industrielle Schwarzmassen für die Untersuchungen bereitstellen.

Wenn es gelingt, die Ergebnisse in allgemein anerkannte Prüf- und Qualitätsstandards zu überführen, könnte SHERLOCK über das eigentliche Forschungsprojekt hinaus Wirkung entfalten. Einheitliche Kriterien für Schwarzmasse würden nicht nur Recyclingprozesse besser steuerbar machen, sondern könnten auch die Grundlage für transparentere Qualitätsanforderungen und damit für einen professionelleren Markt für dieses zunehmend wichtige Recyclingprodukt schaffen.