Fachartikel

Umweltfreundlichere und kostengünstigere Batterieproduktion – mit NMP-Recycling

Maria Nyman

Maria Nyman

Product Engineer

Vaisala

Batterieherstellung

Da sich die Welt von fossilen Brennstoffen abwendet, steigt die Nachfrage nach hochwertigen Batterien. Batterien spielen eine Schlüsselrolle für die Umweltvorteile von Elektrofahrzeugen und durch das Speichern erneuerbarer Energien. In diesem Artikel untersuchen wir, wie das Recycling von N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) die Batterieherstellung nachhaltiger macht und zugleich die Kosten senkt.

NMP in der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien und die Bedeutung des Recyclings

N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) wird bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien häufig als Lösemittel für Bindemittel wie Polyvinylidenfluorid (PVDF) zur Vorbereitung von Elektrodenschlämmen verwendet. Der einheitliche Schlamm – bestehend aus NMP, Bindemittel, aktiver Substanz und Additiven – wird als Beschichtung auf die Elektroden in Hochleistungsbatterien aufgetragen.

Obwohl NMP für viele Batterieherstellungsprozesse unverzichtbar ist, bringt es verschiedene Herausforderungen mit sich: Kosten, Umweltauswirkungen, Sicherheitsrisiken und Einhaltung der Vorschriften zu Lösemittelemissionen. Aufgrund dieser Herausforderungen muss auf ordnungsgemäße Handhabung und effiziente Rückgewinnung geachtet werden, um Kosten zu senken, Emissionen zu minimieren und ein sicheres Arbeitsumfeld zu schaffen.

Da die Batteriehersteller nachhaltigere und kosteneffizientere Produktionsverfahren anstreben, steigt das Interesse an der Optimierung der NMP-Rückgewinnung. Je mehr NMP zurückgewonnen werden kann, desto geringer sind die Produktionskosten und desto kleiner fällt der ökologische Fußabdruck aus. Rückgewonnenes NMP wird häufig an Recyclinganlagen verkauft, die es dann u. a. an Batteriehersteller vertreiben. Auch in anderen Branchen wie Pharmazeutik und Halbleiterfertigung kommt NMP zum Einsatz.

Durch die Rückgewinnung und Wiederverwendung von NMP senken Hersteller nicht nur die Kosten, sondern tragen auch zu einer nachhaltigeren und verantwortungsvolleren Herstellung von Batterien bei.

Optimieren der NMP-Rückgewinnung 

Bei der Trocknung des Elektrodenschlamms während der Batterieherstellung verdampft NMP. Der beim Trocknen freigesetzte NMP-Dampf wird abgefangen und in drei Schritten gereinigt:

  • Kondensation: NMP-Dampf wird abgefangen, gekühlt und als Flüssigkeit kondensiert. Das flüssige NMP wird zur weiteren Reinigung gesammelt.
  • Waschen: Der verbleibende NMP-Dampf wird einem Wäscher zugeführt, der Verunreinigungen und Restgase entfernt.
  • Destillation: Das gereinigte NMP wird destilliert, um alle verbliebenen Verunreinigungen zu entfernen und hochreines Lösemittel für die erneute Nutzung zu gewinnen. 

Wie Inline-Refraktometer die NMP-Rückgewinnung optimieren

Inline-Refraktometer machen die NMP-Rückgewinnung effizienter und damit kostengünstiger. Kontinuierliche Messungen der NMP-Konzentration in Echtzeit ermöglichen die präzise Steuerung der wichtigsten Phasen im Rahmen der NMP-Rückgewinnung. So können jederzeit Justierungen vorgenommen werden, um die Prozessleistung zu optimieren und hohe NMP-Qualität sicherzustellen.

Es gibt im Wesentlichen zwei Bereiche, in denen Inline-Messungen der Konzentration mit Inline-Refraktometern zur Optimierung der NMP-Rückgewinnung beitragen:

  • Wäscher: Inline-Refraktometer liefern in Echtzeit Konzentrationsdaten, damit die Parameter des Wäschers präzise justiert werden können. Diese Optimierung verringert den Lösemittelverlust, verbessert die Rückgewinnungsraten und senkt die Produktionskosten. Zugleich werden Wasser- und Energieverbrauch minimiert, um die Produktion nachhaltiger zu gestalten.
  • Destillationskolonne. Die Überwachung der NMP-Konzentration am Auslass der Destillationskolonne sorgt für eine effiziente Energienutzung, ermöglicht die Feinabstimmung der Destillationsparameter und liefert NMP hoher Reinheit, indem Verunreinigungen im zurückgewonnenen Lösemittel vermieden werden.

Vaisala Polaris™ Inline-Refraktometer sind für die Echtzeitüberwachung der NMP-Konzentration ideal geeignet. Das Kompaktrefraktometer Polaris™ PR53GC und das Sondenprozessrefraktometer Polaris™ PR53GP können zur einfachen und genauen Echtzeitüberwachung mit dem Messwertgeber Indigo520 kombiniert werden.

Weniger Umweltbeeinträchtigungen durch Reduzierung des Lösemittelverbrauchs und der Abfälle

Indem die Mengen des für die Herstellung von Batterien verwendeten NMP sowie der NMP-Abfälle reduziert werden, lassen sich die Umweltauswirkungen des Herstellungsprozesses minimieren. Durch Recycling und Wiederverwendung von NMP können Hersteller die Freisetzung in die Atmosphäre verhindern, die Luftverschmutzung verringern und das Risiko einer Verunreinigung von Gewässern mit NMP minimieren. Dank Recycling und Wiederverwendung muss außerdem weniger NMP hergestellt werden, dessen Produktion sehr energieintensiv ist. So kann der CO2-Fußabdruck der Batterieproduktion reduziert werden. Das NMP-Recycling hilft Herstellern außerdem, die immer strengeren Umweltvorschriften einzuhalten.

Wirtschaftliche Vorteile des NMP-Recyclings und der Reduzierung der Rohstoffkosten

Außer den unmittelbaren Vorteilen für die Umwelt gibt es verschiedene wirtschaftliche Vorteile, die sich aus dem NMP-Recycling und der Reduzierung der Rohstoffkosten ergeben. NMP ist eine teure Chemikalie. Durch Optimierung der Nutzung und durch das Ausschöpfen aller Recyclingmöglichkeiten können die Materialkosten insgesamt gesenkt werden. Eine geringere NMP-Nachfrage entlastet zudem die Lieferketten und reduziert das Risiko von Lieferengpässen. Schließlich können auf Kreislaufwirtschaft ausgerichtete Maßnahmen wie das Recycling von NMP den Ruf von Marken verbessern, während zugleich regulatorische Anreize und staatliche Zuschüsse für nachhaltige Verfahren auch die Betriebskosten senken können. S

Nachhaltigere Batterieproduktion

Indem Abfallmengen reduziert, Emissionen gesenkt und wertvolle Rohstoffe rückgewonnen werden, können Batteriehersteller nicht nur Umweltbeeinträchtigen minimieren, sondern auch signifikante wirtschaftliche Vorteile erzielen. Das beste Verfahren ist die Echtzeitüberwachung der NMP-Konzentration mit Inline-Refraktometern. Dies optimiert den Herstellungsprozess: weniger NMP, verbesserte Rückgewinnung und minimierte Umweltbelastungen und Kosten. 

Kontaktieren Sie Vaisala noch heute, um zu erfahren, wie Inline-Refraktometer Kosten senken und die Nachhaltigkeit betrieblicher Abläufe verbessern können.

Mehr zum Thema

Polaris Prozessrefraktometer PR53GP

Messen Sie die NMP-Konzentration direkt in Rohrleitungen und Tanks. 

Zur Produktseite
Polaris Prozessrefraktometer PR53GP

Präzise Feuchte- und Konzentrationsmessungen bei der Batterieherstellung

Schützen Sie Trockenräume mit schnell ansprechenden, präzisen Überwachungs- und Steuergeräten. Statten Sie Entfeuchtereinheiten und kritische Prozessschritte – Anoden- und Kathodentrocknung, Lösemittel, Handschuhkästen und andere inerte Atmosphären – mit Produkten aus, die für anspruchsvollste Umgebungen entwickelt wurden.

Intelligentere Batterieherstellung

Kontaktieren Sie uns

Möchten Sie weitere Informationen zu einer bestimmten Anwendung oder einem bestimmten Produkt erhalten? Schreiben Sie uns, und wir melden uns bei Ihnen.

KONTAKTIEREN SIE UNS
E-mail Facebook Twitter LinkedIn