Bedeutung von Rohstoffvorketten & Recycling für eine nachhaltige Elektromobilität - Dr. Christian Hagelüken
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Bedeutung von Rohstoffvorketten & Recycling
für eine nachhaltige Elektromobilität
Dr. Christian Hagelüken
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Umicore:
Globales Technologie- & Recyclingunternehmen
~9800 Mitarbeiter, ~50 Produktionsstandorte auf 5 Kontinenten, 2,9 Mrd € Umsatz*
Eines von drei Ein führender Zulieferer Ein weltweit führendes
weltweit führenden von Schlüsselmaterialien Recyclingunternehmen
Unternehmen für für Li-Ionen Batterien für komplexe
Autoabgas- und Brennstoffzellen Abfallströme mit
Katalysatoren und Edelmetallen und
Partikelfilter anderen Wertmetallen
*2017, ohne Metalle
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018
EU Battery Alliance - Bekenntnis zu
nachhaltigen Lieferketten & Recycling
....
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018
Wichtig: Berücksichtigung vieler
interdependenter Themenfelder
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018
Materialfluss von der Mine bis zum OEM
Copper or
Nickel mine & Supplier / mining company
concentrator
Umicore
CSM Cobalt
Refinery
Umicore CSM:
Battery
cathode
precursor
Ni
Umicore
RBM: Battery
cathode
Battery makers
OEM (automotive /
End-Users
electronics)
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018
Rohstoffimplikationen der Elektro-Mobilität
Segmente
Batteriegröße (kWh)
0.01 0.4 1 10 25 75 50 200
Smartphone Micro HEV HEV pHEV EV medium EV long Delivery Van E-bus
Für automobile Anwendungen:
Anteil Kathodenmaterial in Batterie: 1,5 - 2 kg/kWh
Kobaltanteil im Kathodenmaterial: ~ 0,15 – 0,4 kg/kWh
Weitere Schlüsselrohstoffe: Lithium, Nickel, Graphit (Batteriezellen);
Seltene Erden & Kupfer (Motor); Platin (Brennstoffzellen)
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018
Marktperspektive Li-Ionen Batterien
Was ist der zukünftige Bedarf an Kathodenmaterial/Co?
500 500
Umicore „high case“ Umicore
450 450
400 Sept. 2015 400 Mai 2017
Volume Indexed 2015
350 350
300
x 2,5? 300 x 4,5?
250 250
200 200
150 150
100 100
50 50
0 0
2015 2020 2015 2020
• Beschleunigte xEV Verbreitung durch
Gesetzgebung und Kundennachfrage (push-pull)
• Beeinflusst v.a. NMC Nachfrage (bevorzugtes Siehe auch Agora Report, Okt. 2017
Kathodenmaterial für EVs) https://www.agora-verkehrswende.de/veroeffentlichungen/strategien-
fuer-die-nachhaltige-rohstoffversorgung-der-elektromobilitaet/
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018
Verfügbarkeit von Kobalt ausreichend?
Ja, aber …
• Ausreichende geologische Verfügbarkeit von Co, Ni, Li für wachsende E-Mobilität
• DR Kongo: ~ 60% der Co Welt-Bergbauproduktion (140 kt), wird wichtiger Spieler bleiben.
80% der DRC Produktion aus industriellem Bergbau in Südost-Provinz (kein „Konfliktmetall“)
• 20% DRC Co aus Kleinbergbau (z.T. schlechte Sicherheits- & Sozialstandards, Kinderarbeit)
• China: ~50% der Welt-Raffinadeproduktion (100 kt)
• 98% des Co ist Beiprodukt des Cu- und Ni-Bergbaus
® Co Minenproduktion v.a. abhängig von Preis-
entwicklung bei Cu, Ni
• Neue Minenkapazitäten sind im Aufbau, aber aber
temporäre Lieferengpässe und Preisspitzen möglich.
Quelle:
May 2017
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018
JRC 2016 – potentieller Co Engpass 2030 …
… sofern nicht Gegenmaßnahmen greifen
û Recycling ü
û Substitution ü
û EU Rohstoffproduktion ü 9
C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018
Risiken und Vermeidungsstrategien
(s.a. JRC, Agora, DERA Reports)
Risiken:
- Verfügbarkeits- & Preisrisiko
- Reputations-Risiko für Downstream Anwender bei Hinweisen auf Sozial- und Umweltprobleme in
der Lieferkette
Vermeidungsansätze:
• (Partielle) Substitution und hohe Ressourceneffizienz bei der Produktion von Batteriematerialien
• Diversifizierung der primären Rohstoffbasis
• Umfassendes & effektives Recycling von Co-haltigen Rückständen
• Responsible Sourcing
Empfehlungen:
• Verpflichtender Due Diligence Codex für Co entlang der Batterie-Wertschöpfungskette;
Förderung der internationalen Kooperation zum nachhaltigen Bergbau auf Batteriematerialien
• Aufbau eines globalen Recycling Systems für Li-Ionen Batterien
• Revision der EU Battery Directive: eigene LIB-Kategorie; spezifische Recyclingquoten für Co, Ni, Li
• F&E im Bereich Batterietechnologien zur Erhöhung der Materialeffizienz
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018Umicore’s Sustainable Procurement
Framework for Cobalt
The Framework was created to assure that all
upstream practices are in line with Umicore’s
Standards, as listed in the Umicore
Sustainable Procurement Charter:
• no child or forced labour;
• business ethics and compliance to law;
• environmental impact;
• occupational health and safety
Inspired by OECD’s 5-steps process
Applied to all purchases of Cobalt in Umicore
http://www.umicore.com/en/cases/sustainable-procurement-
framework-for-cobalt/
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018Kreislaufschließung für Batterien
Entscheidend für eine nachhaltige Elektro-Mobilität
Recycling essentiell:
• Ergänzung des Primärangebots von Co, Li, Ni & Cu
• Verantwortungsvoller Rohstoffbezug, „saubere“ Vorkette
• Geografische Diversifizierung, Verringerung der Abhängigkeit
von DR-Kongo (Co: 60% Minenproduktion, ~50% globale geolog. Reserven)
• Ökologischer Vorteil gegenüber Bergbau (höhere Metallkonzentration)
® geringerer Energie-, Wasser- & Flächenbedarf
® i.d.R. weniger Verunreinigungen als Erze
® Wichtiger Beitrag zur Reduktion des CO2 Fußabdrucks
der E-Mobilität
EU ist Ressourcen-reich bei Nutzung von Altprodukten
& Abfall als „Urban Mine“
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018ec k
C h
a l ity
R e Edelmetalle in der Kreislaufwirtschaft
Technisch ist nahezu verlustfreies Recycling möglich, aber …
Edelmetall-Recyclingausbeute Umicore Prozess: >> 95%
?
? ?
Schmuck, Katalysatoren Autoabgas-
Elektronik-Produkte
Reale Barren, Münzen Chemieindustrie Katalysator
Recyclingrate* >> 90% > 90% 60-70%ec k
C h
a l ity
R e
Hohe Kreislaufverluste bei portablen Batterien
– Defizite bei Sammlung & Stoffstromverfolgung
• Sehr großes ungenutztes Recyclingpotenzial für Co aus LIB
Global ~30 000 t/a Co Einsatz für portable Batterien (Elektronik, Werkzeuge, …),
aber nur sehr geringe Recyclingraten ® Co wäre ausreichend für 3-4 Mio Evs
• Aktuelle bitkom Studie: 124 Mio Handys in deutschen Schubladen
• Effiziente & saubere Recyclingverfahren verfügbar
® Co, Ni, Cu, Li…
• Umfassende & sichere Sammlung
ist Schlüssel für Erfolg
® Recyclinganreize schaffen
• „Business as usual“ nicht ausreichend
® Pfandsysteme, z.B. für Handys?
® Servicemodelle (Leasing) ggü. Eigentum bieten Synergien über Recycling hinaus
(Kosten, Kundenbeziehung, Link zu Infrastruktur, Digitalisierung, Mobilitäts-Plattformen, …)
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018Anforderungen an das LIB-Recycling
Technische Basisanforderungen:
• Hohe effektive Recyclingraten der Funktionsmaterialien Co, Ni, Li
® marktfähiger, wieder einsatzfähiger Metallrohstoff
• Umweltgerechte & energieeffiziente Recyclingverfahren entlang der Kette
• Hohe Sicherheit beim Umgang mit Batteriesystemen und Recyclingmaterialien
(® elektr. Restladungen, Elektrolytsubstanzen)
Ökonomische Anforderungen
• Kosteneffizienz & Economies of Scale
• Umgang mit großen Volumenströmen im industriellen Maßstab
• Flexibilität im Umgang mit unterschiedlichen Batterietypen und chemischen
Zusammensetzungen
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018Umicore Recycling Prozess für Li-Ionen Batterien
Zusätzlich zu Co, Ni, Cu wird Lithium im Schlüsselbeitrag zur steigenden Nachfrage nach
industriellen Maßstab zurückgewonnen „sauberen“ Rohstoffen in einer zirkularen, CO2-
armen Wirtschaft 16
C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018 16Basis: Erfahrung mit großtechnischen
Recyclingprozessen
Hoboken Recyclinganlage für Industrielle Pilotanlage
Edel- und Sondermetalle Batterie Recycling
>1000 t / Tag Umicore 7000 t / Jahr
bis zu 500.000 t / Jahr
…Erfahrung & Know-How für Ausbau auf > 100.000 t/a
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018Vorbehandlung in Abhängigkeit von Größe
Flexible on Size
§ Medium sizes à directly to furnace
§ Larger sizes after (partial) dismantling
No pre-treatment necessary Pre-treatment necessary
= direct feed to the furnace = dismantling to module/cell level
*EV battery
*HEV
*XEV / Industry battery
*E-bike
*Power tool battery module
*Laptop battery
*Mobile phone battery
battery
battery
± 0,030 kg 0,5 – 0,7 kg 1 – 1,5 kg
± 3 kg
15 - 20 kg
* Illustration from different sources
30 - 60
kg
150 -
500 k
Copyright © 2017 Umicore. All rights reserved
g
18
C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018Demontage von xEV Batteriesystemen
Copyright © 2017 Umicore. All rights reserved
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018Metallurgisches Batterierecycling Umicore
effizientes Verfahren im industriellen (Pilot)Maßstab
Capacity 7,000 mt/yr
§ ± 250 mio mobile phone batteries
§ ± 200,000 HEV’s
§ ± 35,000 EV’s
Recycled products:
§ Alloy: Cu – Co – Ni
§ Slag : for Li-Ion: lithium concentrate
for NiMH: rare earth concentrate
§ Flue dust: controlled separation of F
Eco-efficient:
§ Close-to-zero waste
§ Advanced gas cleaning
§ Energy of battery used to obtain high temperature
(electrolyte, metals, plastics) Copyright © 2017 Umicore. All rights reserved
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018Anforderungen an Batterie-Kreislaufwirtschaft
Intrinsische Faktoren:
• Materialwert ® Batterie-Chemie & Preisentwicklung Co, Ni, Cu, Li
• Batteriezusammensetzung & Design; Zugänglichkeit im Altfahrzeug
• Geschäftsmodelle (B2C vs B2B)
® Batterie-Leasing, shared mobility, EV Flotten/Service Modelle (B2B):
® generiert inhärente Anreize für Reparaturfreundlichkeit /2nd Life & Qualitäts-Recycling;
kritische Masse/Kosteneffektivität @ industriellen Akteuren; inhärente Transparenz
Externe Faktoren: Kein
• Sammel-Infrastruktur Eins Recyclin
teue g
• Externe Sammel- & Recyclinganreize rung ohne E
in ge rf
® Pfand, Abgaben, EPR Systeme, öffentliche Beschaffung … eign assung
ete P un
• Qualität & Wirtschaftlichkeit der Recyclingprozesse roze d
® technische & Umwelt Performance; verfügbare Mengen
sse!
• Gesetzgebung / Kontrolle / Vollzug
® Sicherstellung eines umfassenden & hochwertigen Recyclings
• Akteurskooperationen entlang des Lebenszyklus
® OEMs, Handel, Nutzer, Rücknahmesysteme, Recycler
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018E-Mobilität als idealer Testfall für die
Kreislaufwirtschaft
• Erwartetes starkes Marktwachstum treibt Metallnachfrage
für Co, Li, Ni, Cu, REE, …
® Sekundärrohstoffe zur Ergänzung der Rohstoffversorgung
• Recycling schafft nachhaltige Rohstoffbasis,
Verbesserung der Ökobilanz für E-Mobilität
• Effiziente Recyclingverfahren verfügbar ® Co, Ni, Cu, Li…
• Umfassende Sammlung ist Schlüssel für Erfolg
® Anreize für Sammlung & hochwertiges Recycling schaffen
• „Business as usual“ nicht ausreichend für Markterfolg E-Mobilität
® Servicemodelle ggü. Eigentum bieten Synergien über Recycling hinaus
(Kosten, Kundenbeziehung, Link zu Infrastruktur, Digitalisierung, Mobilitäts-Plattformen, …)
Þ Voraussetzungen für zirkulare E-Mobilität jetzt schaffen
Þ Erfahrungen bei anderen Produkten (Elektronik) nutzen, bekannte Defizite vermeiden
Þ Innovative Akteurskooperationen & systemische Ansätze sind entscheidend
Þ Keine nachhaltige Mobilität ohne Aufbau einer sicheren & sauberen Rohstoffbasis!
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C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018Danke für Ihre Aufmerksamkeit
- Fragen ?
Kontakt: christian.hagelueken@eu.umicore.com www.umicore.com
Publikationen: www.researchgate.net/profile/Christian_Hagelueken/contributions www.umicore.de
23Anhang 1.1
Umicore Integration in Wertschöpfungskette
für Batterie & Brennstoffzelle
Raw material Metal Product Application
Portable
electronics
Recycling & rechargeable Power
intermediates Lithium-Ion tools
battery
(P) HEV / EV
/ FCEV
E-bikes
Refining feed Pt
Fuel cell Stationary
power
Umicore closes the material loop by innovative recycling technology
24
C. Hagelüken, Berliner Recyclingkonf., 20.3.2018Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der
Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im
Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar
Stephanie Thiel • Elisabeth Thomé-Kozmiensky • Daniel Goldmann (Hrsg.):
Recycling und Rohstoffe – Band 11
ISBN 978-3-944310-40-4 Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH
Copyright: Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc., Dr.-Ing. Stephanie Thiel
Alle Rechte vorbehalten
Verlag: Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH • Neuruppin 2018
Redaktion und Lektorat: Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Dr.-Ing. Olaf Holm,
Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc.
Erfassung und Layout: Claudia Naumann-Deppe, Janin Burbott-Seidel, Sandra Peters,
Ginette Teske, Cordula Müller, Gabi Spiegel
Druck: Universal Medien GmbH, München
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der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9.
September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig.
Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk
berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne
der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von
jedermann benutzt werden dürfen.
Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien, z.B. DIN, VDI,
VDE, VGB Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewähr
für Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für
die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung
hinzuzuziehen.Diese Präsentation erfolgte im Rahmen der Veranstaltung: BERLINER RECYCLING- UND ROHSTOFFKONFERENZ 19. und 20. März 2018
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