Im KMU-akut Programm »Effiziente Wasseraufbereitung« – kurz EWA – bündeln die Fraunhofer-Institute IFAM und ISC gezielt ihre Expertise für die Bereiche elektrochemische Prozesstechnik, Partikeltechnologie und Materialanalytik. Gemeinsam mit und für Industriepartner arbeiten sie in vier Themenfeldern an einer effizienten Aufbereitung der wichtigen Ressource Wasser. Interessierte Unternehmen können in einem kostenlosen Online-Industrieworkshop am 4. November 2021 zu den Themen Batterierecycling, Lithiumgewinnung, alternative Klärprozesse und Meerwasserentsalzung für grünen Wasserstoff mehr erfahren.

Viele Verfahren greifen auf die Ressource Wasser zurück – als Rohstoff für die Produktion ebenso wie als Transport-, Löse- oder Trennmittel für industrielle Prozesse. Um die wertvolle Ressource Wasser so nachhaltig wie möglich zu nutzen und Trinkwasserreserven zu schonen, werden im KMU-akut Projekt EWA verschiedene wasserbasierende Prozesse untersucht und Lösungen für eine effektive Wasseraufbereitung erarbeitet. Die im Projekt federführenden Fraunhofer-Institute für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM und für Silicatforschung ISC verfügen über eine breite Materialbasis und technologisches Know-how für verschiedene innovative adsorptive, physikalische und elektrochemische Trennverfahren. Gemeinsam mit Industriepartnern sollen diese für den Fortschritt in der Wasseraufbereitung eingesetzt werden.

KMU-spezifische Fragestellungen zur effizienten Wasseraufbereitung im Fokus

Die klassische, kommerzielle Prozesswasseraufbereitung ist für viele kleine und mittlere Unternehmen entweder überdimensioniert, zu spezifisch, zu kostspielig oder einfach ungeeignet. Im Rahmen des Projekts EWA soll diese Lücke geschlossen und Lösungsansätze entwickelt werden, die durch ihre Flexibilität, Skalierbarkeit und einen vergleichsweise geringen Kostenaufwand die Bedürfnisse potenzieller Unternehmenspartner erfüllen. Entsprechend sollen gezielt zahlreiche, akute Fragestellungen aus der Industrie gelöst werden. Gemeinsam mit den drei weiteren Fraunhofer-Instituten IKTS, ISE und IGB sowie derzeitig fünf Industriepartnern werden die Themenbereiche Batterierecycling, Lithiumgewinnung, Alginit in Klärprozessen und Meerwasserentsalzung für die Leitmärkte Energiewirtschaft, Chemische Industrie, Gesundheitswirtschaft sowie Anlagen- und Maschinenbau in Machbarkeitsstudien und Validierungsprojekten adressiert. Einen guten Überblick für die Arbeitsweise der EWA-Projektpartner vermittelt zum Beispiel das Teilprojekt zur effizienten und nachhaltigen Aufbereitung von Prozesswasser aus Lithium-Ionen-Batterie-Recyclinganlagen.

Effiziente und nachhaltige Aufbereitung von Prozesswasser aus Lithium-Ionen-Batterie-Recyclinganlagen

Mit der steigenden Anzahl von Elektrofahrzeugen fallen in der Folge mehr verbrauchte Traktionsbatterien an. Bei der ressourcenschonenden und effizienten Rückgewinnung von Batteriematerialien spielen das direkte Recycling und der Umgang mit Wasser für die Nachhaltigkeit dieser Technologie eine entsprechend große Rolle. »Wertvolle Batteriematerialien möglichst effizient zurückzugewinnen und Prozesswasser so zu reinigen, dass es im Kreislauf geführt werden kann, ist das Ziel im EWA-Projekt. Im Anschluss liegen die Materialien im Idealfall sortenrein vor und können direkt wieder zu neuen Batterien verarbeitet werden«, erklärt Michael Hofmann vom Fraunhofer ISC und Leiter des EWA-Teilprojekts Batterierecycling das Vorhaben.

Ausgangspunkt für die Projektarbeit ist das Verfahren der elektrohydraulischen Zerkleinerung – eine Entwicklung des Projektpartners Impulstec – womit die Batterien in einzelne Materialfraktionen zerlegt werden können. »In dem wasserbasierten Prozess entstehen grobe und feine Materialfraktionen sowie Stoffe, die in Lösung gehen. Um die wertvollen Batteriematerialien möglichst vollständig und getrennt abzuscheiden und das Prozesswasser von störenden Verunreinigungen zu befreien, waren wir auf der Suche nach geeigneten Aufbereitungsverfahren«, berichtet Robert Jüttner vom Recyclingspezialisten MAB Recycling. »Das EWA-Projekt kam da wie gerufen, um uns mit kompetenten Forschungspartnern und Technologieanbietern an einen Tisch zu setzen und gemeinsam an der Entwicklung einer effizienten Prozesswasserreinigung zu arbeiten«, ergänzt Jüttner. Die Prozesschemie beim Batterierecycling ist anspruchsvoll. Der Recyclingspezialist liefert als Rohmaterial das Prozesswasser und erhält im Gegenzug Analysenergebnisse und wichtiges Know-how, um die eigene Wasseraufbereitung voranzubringen. Mit den EWA-Partnern die Ergebnisse zu diskutieren und eine breite Wissens- und Erfahrungsbasis für die unterschiedlichen technischen Aspekte zur Verfügung zu haben, das sei einer der wesentlichen Vorteile bei EWA. »Das KMU akut-Projekt spart uns Zeit und Wege. Mit den Ergebnissen aus EWA haben wir schneller eine fundierte Basis für die Beurteilung der Wirtschaftlichkeit und die nötigen Informationen für die anlagentechnische Umsetzung«, ist Jüttner überzeugt.

Der dritte Industriepartner im Projekt ist die Firma CEPA, ein Hersteller von Industriezentrifugen. Das Unternehmen arbeitet schon seit geraumer Zeit gemeinsam mit der Fraunhofer-Gesellschaft in verschiedenen Forschungsprojekten an der Weiterentwicklung der Zentrifugentechnologie für anspruchsvolle Anwendungen. »Viele unserer Kunden haben wasserbasierte Prozesse und der verantwortungsvolle Umgang mit der Ressource Wasser wird immer wichtiger«, erklärt Felix Seiser, Projektleiter bei CEPA. Gemeinsames Ziel sei es, die Prozesswassermenge zu reduzieren und soweit wie möglich im Kreislauf zu führen. Die Aufgabe ist anspruchsvoll, denn gerade bei der zentrifugengestützten Auftrennung der unterschiedlichen Materialfraktionen erfordert der Prozess relativ geringe Konzentrationen, d. h. eine große Wassermenge. »Als Maschinenbauer mit der Expertise Feststoffseparation profitieren wir von dem Austausch mit den Forschungsinstituten und von den direkten Analysemöglichkeiten im Projekt. Was bisher vielleicht nur im Labormaßstab getestet wurde, kann jetzt mit dem vereinten Wissensschatz in einen größeren Prozessmaßstab überführt werden. Auf Workshop-Ebene mit allen Projektpartnern werden übergreifende Themen adressiert, bei regelmäßen Treffen auf Teilprojektebene lassen sich spezifische Fragestellung detaillierter bearbeiten. Damit schafft EWA einen guten Ausgangspunkt für uns und unser Ziel, Prozesswasser bei der Materialtrennung zu reduzieren und mit unserer Zentrifugentechnologie ein leistungsfähiges Verfahren zur Prozesswasseraufbereitung zu entwickeln«, beschreibt Seiser den Mehrwert der Zusammenarbeit.

Weitere EWA-Teilprojekte adressieren Wassernutzung und -reinigung bei der Lithiumgewinnung, Klärprozessen und Meerwasserentsalzung