Elektro und Elektronikschrott mit Lithiumbatterien Akkus · Markus Stengele Solenthaler Recycling...

Sonderabfalltag 2015

Schweizer Sonderabfalltag 2015  1

Elektro‐ und Elektronikschrott mit Lithiumbatterien / Akkus 

Markus StengeleSolenthaler Recycling AG, 9200 Gossau

Elektro‐ Elektronikschrott mit Lithium 

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• Elektro‐ und Elektronikaltgeräte (EAG)haben sich in den letzten 10 Jahren stark verändert!

• Der Anteil Lithiummetall und Lithium Ionen Batterien / Akkus hat massiv zugenommen. 

• Die Sammlung, der Transport und die Behandlung von EAG haben sich nicht verändert: 

Die Folgen:

EAG‐ Containerbrand

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Wie der Betriebsleiter der Firma Fehr, Achim Wolfert an der Einsatzstelle auf Nachfrage von OSTHESSEN|NEWS über die Entstehung des Brandes sagte, sind dafür vermutlich Lithium‐Batterien verantwortlich, die normalerweise im Elektroschrott nichts zu suchen hätten. Diese Batterien oder auch Akkus können, wenn noch nicht vollständig entleert, durch Entladevorgänge Funken bilden und dann einen Brand auslösen.

20.10.2014 DE‐Bad Hersfeld

http://osthessen‐news.de/n11495522/batterien‐entz%C3%BCnden‐elektroschrott‐container‐in‐flammen.html

EAG‐ Containerbrand

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Gemäss Karl Egli, Mediensprecher der Kantonspolizei Uri, konnte das Feuer schnell gelöscht werden. «Wahrscheinlich hat ein angelieferter Akku den Container in Brand gesteckt», so Egli.    06.11.2012 Schattdorf

http://www.20min.ch/schweiz/zentralschweiz/story/25675322

EAG‐ Containerbrand

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http://www.solothurnerzeitung.ch/solothurn/niederamt/altbatterien‐setzten‐elektroschrott‐in‐brand‐129064060

19.04.2015 Kanton Solothurn

EAG‐ Containerbrand  (EAG = Elektroaltgeräte)

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http://www.gefahrgut‐online.de/abfallcontainer‐mit‐elektrogeraeten‐ausgebrannt‐1576297.html

Typische Lithiumbatterien in  EAG

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Primärbatterien(nicht wieder aufladbar)

Sekundärbatterien(wieder aufladbar)

Lithium Metall BatterienUN 3090

Lithium Mangandioxid

Lithium Ionen Batterien UN 3480

Lithium‐Thionylchlorid

z.B. Prismatische 

Zellenz.B. Pouchcells

Lithium Metall Batterie

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Aufbau einer Lithium Mangan Dioxid Knopfzelle (auch als Prismatische Zellen erhältlich) 

Quelle: Duracell

Lithium Metall Batterie

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Aufbau einer Lithium Metall Thionylchlorid Rundzelle 

http://de.wikipedia.org/wiki/Lithium‐Thionylchlorid‐Batterie Quelle: Sicherheitsdatenblatt Tadiran Batteries

Vergleich Primärbatterien

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.00 Wh

5.00 Wh

10.00 Wh

15.00 Wh

20.00 Wh

25.00 Wh

30.00 Wh

Zink‐Kohle‐Batterie Alkali‐Mangan‐Batterie Lithium‐Metall‐Batterie

Gewicht 43 g

Gewicht 48 g

Gewicht 69 g

Typ C / BABYDurchmesser: 25 mm / 26 mmHöhe:  50 mm

1,5 V

3,6 V

1,5 V

Lithium Metall Batterie Inhalt

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Auszug Sicherheitsdatenblatt SAFT 

Thionylchlorid:‐ Reagiert heftig mit Wasser‐ Entwickelt bei der Berührung mit Wasser giftige Gase‐ Beim erhitzen über 80° C zerfällt es in Schwefeldioxid, Chlor, Dischwefeldichlorid

Lithium: ‐Reagiert heftig mit Wasser unter Bildung hochentzündlicher Gase.  ‐Verursacht Verätzungen

Lithium Metall Batterie Vergleich Heizwert

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Heizwert  Lithium = 12 kWh/kg  

ähnlich wie 

Heizwert  Benzin =  11,6 kWh/kg

Lithiumgehalt gem. Datenblatt 2 g

2 g Benzin entsprechen dem Volumen einerKugel von 1,7 cm Durchmesser

Ein Dreiliter Auto könnte mit dieser Benzinmenge (Energie) fast 90 m weit fahren! 

Lithium Metall Bauformen / Anwendungen

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Die Bauformen sind vielfältigebenso die Anwendungen:

‐ Messgeräte‐ Rauchmelder‐ Taschenlampen‐ Fotoapparate‐ Fernbedienungen‐ Blutzuckermessgeräte‐ Sicherheitstechnik‐ Uhren‐ Memory Back up‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

Lithium Sekundär Batterien Funktion  

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‐ Elektrolyte: Diverse Organische Lösemittel Massenanteil 10‐20 %‐ Elektrolytsalz: Lithiumhexafluorophosphat Massenanteil 1‐4 % 

Kunststofffolie 

Lithium Sekundär Batterien Rundzellen 

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www.basytec.de/Literatur/2010_Sicherheit_Testen.pdf

Zum Vergleich: BrennspiritusFlammpunkt  13° C Zündtemperatur  425° C  Heizwert:  7000 Wh/kg

Eine Lithium Ionen Batterie enthält etwa das 10‐fache der elektrisch gespeicherten Energie in Form von thermischer Energie

www.vdri.de/.../fachinformationen/nuernberg_14.03.2014_lithium_ionen_.

Lithium Sekundär Batterien Rundzellen 

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Technische Daten:Akkutyp: LiMn 18650 Durchmesser ‐ LängeNennspannung: 3,7 VoltNennkapazität: 2200 mAhAbmessungen: D= 18,2mm; L=65mmGewicht: 47gElektr. Energie: 8,14 Wh

Gespeicherte Thermische Energie ca. 80 Wh

Die Thermische Energie von 80 Wh entspricht der Energie von ca. 6,66 g Benzin. 6,66 g Benzin entsprechen dem Volumen einer Kugel von 2,58 cm

Ein Dreiliter Auto könnte mit dieser Benzinmenge fast 300 m weit fahren! 

Lithium Sekundär Batterien Rundzellen

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Parallel und in Reihe geschaltet mit 21 Stück 18650 Rundzellen käme ein Dreiliter Auto  6,3 km weit! 

Lithium Sekundär Batterien Pouch Cells

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Kugeldurchmesser Benzin: 2,35 cm Reichweite 3 ltr Auto: 227 m

Lithium Sekundär Batterien Pouch Cells

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Flacher Aufbau verpackt in laminierter Alufolie

Die Grössen und Leistungen  sowie deren Anwendungen sind vielfältig: 

11.1 V  5000mAh 55,5 Wh 740 gr 75 Wh/kg

Die heute auf dem Markt befindlichen Akkus haben eine Energiedichte von bis zu  190 Wh/kg

Akku wie er heutein Geräten zur Entsorgung kommt! 

Kugeldurchmesser Benzin:  4,9 cm Reichweite 3 ltr Auto: 2,06  km

Li Akkus Zersetzungsprodukte

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Aus Sicherheitsdatenblatt:

Gefährliche Zersetzungsprodukte:

‐ Ätzender / Reizender Fluorwasserstoff entsteht, wenn Lithium‐Hexafluorophosphat mit Wasser reagiert

‐Brennbare Dämpfe und Fluorwasserstoff sowie Phosphor‐Oxide bilden sich bei einer Verbrennung

Li Akkus Schwachstellen

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Schwachstelle 1: 

Separator:Dünne mikroporöse Kunststofffolie

Bei defekt entsteht ein thermisches Durchgehen (runaway) in Folge dessen der Akku  überhitzt und eventuell explodiert oder anfängt zu brennenKann auch zeitverzögert erfolgen! (z.B.Chevrolet Volt ‐‐‐mehre Tage)http://www.focus.de/auto/news/opel‐ampera‐und‐chevrolet‐volt‐sicherheits‐update‐fuer‐die‐e‐autos_aid_700021.html

20 mikron pp/peseparatormembranmaterial für lithium‐ionen‐akku

Hochqualitative Folie Keramikbeschichtet  

Mikroskop Vergrösserung 100 µm 

Li Akkus Schwachstellen

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Schwachstelle 2: 

Pouch Cells:Dünne kunststoffkaschierte Alufolie, die den  Akku nur unzureichend gegen spitze, scharfkantige Gegenstände schützt. 

Eine Verletzung der Aussenhaut kann ebenfalls ein thermisches Durchgehen zur Folge haben

Li Batterien / Akkus

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Der Vergleich liegt nahe:

Zündstein als Anzünder von Elektr. Strom  als Anzünder vonleicht entzündlicher Flüssigkeit leicht entzündlicher Flüssigkeit.

Der ganze Tankinhalt steht jedoch schlagartig in Flammen!

Defekte Pouch Cells 

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Elektroaltgeräte mit Lithium‐ Batterien / Akkus 

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Lithium Metallbatterien und Lithium Ionenbatterien sind 

„SICHER“ 

vorausgesetzt diese werden 

bestimmungsgemäss

angewendet! 

Elektroaltgeräte mit Lithium‐ Batterien / Akkus 

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Sicherheitsdatenblätter definieren die zu  vermeidenden Bedingungen:

‐ Hitze über 70° C  oder Verbrennung

‐Deformation, Beschädigung, Perforation, Druck,  mechanische Überbeanspruchung, Zerlegung

‐Kurzschluss

‐Längere Einwirkung von Feuchtigkeit (Wasser, Kondensation)

Je nach Gefahrenursachen und Umständen kann der Kontakt von Batterieinhalt mit Luftfeuchtigkeit/Wasser im Flüssigzustand zu einer heftigen Batterieentgasung/‐explosion bzw. zu einem schweren Batteriebrand führen. 

Lebenszyklus eines Elektrogerätes mit Akku 

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Versand Hersteller über Händler bis zum Endkunden

Eine Verpackung schützt das Gerät

Der Akku‐Pack ist durch das Gerät und die Verpackung geschützt

Je nach Leistung des Akkus, sind Gefahrguthinweise auf der Verpackung

Lebenszyklus eines Elektrogerätes mit Akku 

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Bestimmungsgemässe Verwendung des Gerätes

In der Regel wird das Gerät sorgsam behandelt

Vielleicht fällt es hin und wieder runter.  

Das Elektrische / Elektronische  Gerät schützt den Akku‐Pack

Lebenszyklus eines Elektrogerätes mit Akku 

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End of Life des GerätesDas Gerät fällt eventuell einmal zu viel runter

Das Gerät ist defekt 

‐ Gehäuse beschädigt?‐ Elektrischer Anschluss abgerissen?‐ Zelle des Akku‐Packs defekt?

Reparatur lohnt sich nicht!

Lebenszyklus eines Elektrogerätes mit Akku 

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Die bestimmungsgemässe Handhabung des Gerätes und somit des Akku – Packs endet!

Das Gerät wird achtlos in die Garage zu anderem Elektroschrott geschmissen?

Entsorgung

Das Gerät findet den Weg zu einer Annahmestelle für EAG 

Lebenszyklus eines Elektrogerätes mit Akku 

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Bei der Annahmestelle:

‐ Das Gerät wird achtlos in einen Sammelbehälter geworfen!Eventuell wird das schützende Gehäuse beschädigt

‐ Der Sammelbehälter wird zusammen mit anderem E‐ Schrott in einen grossen Abrollcontainer gekippt!

‐ Andere Geräte fallen drauf!(Fallhöhe in den leeren Container min. 3 m)

‐ Der Abrollcontainer wird vom LKW aufgenommen(Die ca. 6 ‐ 8 t schwere Ladung verrutscht und quetscht das Gerät)

Die Belastungen auf das Gerät bzw. den Akku können enorm sein!

Lebenszyklus eines Elektrogerätes mit Akku 

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Beim Recyclingbetrieb:

‐ Der Abrollcontainer wird abgekipptCa. 6 – 8 t EAG fallen  übereinander

‐ Der EAG – Haufen wird mit Greifer oder Pneulader umgeschichtet

‐ Die EAG werden mit Greifer od. Pneulader auf ein Förderband geladen. 

Lebenszyklus eines Elektrogerätes mit Akku 

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Beim Recyclingbetrieb:

‐ Die Geräte werden vor einer mechanischen Demontage eventuell gesichtet und besonders kritische Geräte zur Handdemontage entnommen.

Sieht  so eine bestimmungsgemässe Verwendung des Akkus aus?

Würden Sie dies mit Benzin gefüllten Feuerzeugen auch so machen?

Lithiumakkus sind selten komplett entladen, da dies durch die Geräteelektronik verhindert wird.

ADR – konforme Sammlung

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‐ Elektrische und Elektronische Altgeräte mit Lithium Metall Batterien sowie mit Lithium Ionen Akkus unterliegen Regelungen durch das Gefahrgutrecht. 

‐ UN 3091, Abfall, Lithium‐Metall‐Batterien in Ausrüstungen, 9, (E)

‐ UN 3481, Abfall, Lithium‐Ionen‐Batterien in Ausrüstungen, 9, (E)

zum Teil sehr komplizierte Freistellungen, Sondervorschriften sowie Verpackungsanweisungen regeln die Verpackung und den Transport. 

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Li‐Metall‐ bzw. Li‐Ionen‐Zellen|Batterien, lose oder eingebaut, zur Entsorgung oder zum Recycling

SV 636 (freigestellt: kein ADR‐Transport, kein GGB )•LIB (auch defekte!)  ≤500g und ≤1g|2g bzw. 20Wh|100Wh•QS für LIB  Freistellung 1.1.3.4.1 ≤333 kg pro Beförderung•P909 ohne zus. Ziff 1+2

"eingebaut"P 909 (3):•widerstandsfähige Aussenverpackung•bei gleichwertigem Schutz dürfen grosse Ausrüstungen unverpackt oder auf Paletten befördert werden.P 909 (4):•LIB ≥12 kg mit robustem Gehäuse in widerstandsfähigen Aussenverpackung

"lose"P 909 (2):•widerstandsfähige Aussenverpackung (Brutto ≤30 kg) mit el. isol. Auskleidung bei MetallverpackungenZusätzliche Vorschriften    Ziff. 3:•in Aussenverpackung eingebettet in Polsterung (fixierend, isolierend)

Kennzeichnung:‐ LITHIUMBATTERIEN ZUR ENTSORGUNG‐ LITHIUMBATTERIEN ZUM RECYCLING

SV 377:•keine defekten LIB•Freigrenze ≤333 kg pro Beförderung

"eingebaut"P 909 (3):•widerstandsfähige Aussenverpackung•bei gleichwertigem Schutz dürfen grosse Ausrüstungen unverpackt oder auf Paletten befördert werden.P 909 (4):•LIB ≥12 kg mit robustem Gehäuse in widerstandsfähigen Aussenverpackung

"lose"P 909 (1):•Fässer, Kisten, Kanister VGII, mit el. isol. Auskleidung bei MetallverpackungenZusätzliche VorschriftenZiff. 1+2+3•Kurzschluss‐Wärmesicherung, isol. Polsterung•in Aussenverpackung eingebettet in Polsterung (fixierend, isolierend)

Kennzeichnung:‐ LITHIUMBATTERIEN ZUR ENTSORGUNG‐ LITHIUMBATTERIEN ZUM RECYCLINGund• Gefahrzettel• UN‐Nr.• Beförderungspapier

ADR – konforme Sammlung

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Die Schutzziele sind: 

‐ Verhinderung von Kurzschlüssen

‐ Verhinderung von Beschädigungen an den Batterien / Akkus

Schüttguttransporte sind bei UN 3091 und UN 3481 nicht vorgesehen = verboten

ADR – konforme Sammlung

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Ablauf bei der Annahmestelle für Altgeräte: 

1.  Geräte ‐ Kontrolle durch geschultes Personal!

Geräte aussortieren, bei denen die Akkus / Batterien offensichtlich defekt sind!

Verpackung gem. P908z.B. UN‐ geprüftes Stahlfass  mit Kunststoffinliner und inertes Füllmaterial (z.B. Sand od. Vermiculitte)‐ Bezettelung‐ Beförderungspapier

Notebook Akku offensichtlich defekt

Separate, trockene Lagerung empfohlen!

ADR – konforme Sammlung

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2. „Verpackung“ durch geschultes Personal

alle Elektrischen und Elektronischen Kleingeräte incl. Bildschirmgeräte in Palett / Rahmen (Palette mit Einlagekarton) , Gitterboxen (mit Inliner), Stahlboxen legen. 

Ziel: Keine Geräte und somit Batterien / Akkus beschädigen

3. Bezettelung

4. Beförderungspapier erstellen

ADR – konforme Sammlung

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Oder:

3. „Sortierung “ durch geschultes Personal

alle Elektrischen und Elektronischen Kleingeräte die Lithiumakkus oder Lithiumbatterien enthalten können, aussortieren und wie unter 2. verpacken. 

Die restlichen Geräte (ausser Bildröhrengeräte) in Container schütten. 

ADR – konforme Sammlung

Schweizer Sonderabfalltag 2015  40

wichtig für die Annahmestellen: 

‐ Der Versender trägt gem. ADR die Verantwortung!‐ Das Personal (Sortierung, Verpackung) muss geschult sein!‐ Die Schulungen sind zu dokumentieren!‐Ein Gefahrgutbeauftragter wird erst benötigt, wenn über 333 kg Lithium‐ Batterien / Akkus im Material bei der Abholungenthalten sind!  

Die übliche Mischung EAG enthält derzeit < 1 % Batterien!Dies bedeutet bei den Abholungen sind keine Überschreitungen zu erwarten!

Jedoch bereits beim Versand von lediglich 3 Paletten Mobiltelefonen mit Akkuanteil gegen 50 % werden die 333 kg überschritten!

Vorschriften durch Cenelec 1.) E‐Norm 50625‐1

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Besondere Schutz‐, bzw. Sicherheitsmassnahmen müssen vorhanden sein beim Umgang mit EAG, die Lithiumbatterien enthalten könnten, sowie bei Verfahren für gebrauchte Lithiumbatterien und für Fraktionen mit Lithiumbatterien. 

Das Einwirken von Hitze, Wasser oder jegliche Quetschung oder andere physische Schäden müssen während der Handhabung, dem Sortieren und der Lagerung von Lithiumbatterien vermieden werden. 

1.) Diese Norm wird von den Systemen SENS und SWICO vorgeschrieben

Vorschriften durch  VREG – Revision (Entwurf)

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Geräte dürfen nicht verdichtet werden, wenn • dabei Schadstoffe freigesetzt,• Lithium‐Batterien beschädigt werden oder • die nachträgliche Behandlung erschwert wird.

Beim Umgang mit EAG welche Li Batterien enthalten könnten, sowie bei Verfahren für gebrauchte Lithiumbatterien und für Fraktionen mit Lithium‐batterien müssen besondere Schutz‐ bzw. Sicherheits‐massnahmen vorhanden sein.

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Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!

Fragen? 

markuss@sorec.ch /  www.sorec.ch