Verzeichnisse ................................................... 9
Abbildungsverzeichnis ........................................... 9
Tabellenverzeichnis ............................................ 16
Abkürzungsverzeichnis .......................................... 18
Chemische Systeme und Bezeichnungen ............................ 20
1 Einführung ................................................ 22
1.1 Motivation ................................................ 22
1.2 Problemstellung ........................................... 24
1.3 Gang der Untersuchung ..................................... 28
2 Allgemeine Gegenwartsbeschreibung der Abfallwirtschaft
in Deutschland und spezielle Analyse der Lithium-
Gerätebatterien ........................................... 32
2.1 Abfallwirtschaft in Deutschland im Überblick .............. 32
2.1.1 Begriffsbestimmungen in der Abfallwirtschaft ....... 33
2.1.2 Stoffkreislauf in der deutschen Abfallpolitik ...... 39
2.1.3 Abfallrechtliche Rahmenbedingungen ................. 40
2.1.4 Abfallstrom - Betrachtung ausgewählter Fraktionen .. 46
2.1.5 Fraktionen und ihre zeitliche Entwicklung ..........48
2.1.5.1 Überblick und zeitliche Entwicklung des
Siedlungsabfalls ............................... 48
2.1.5.2 Altpapier ...................................... 53
2.1.5.3 Leichtverpackungen und Kunststoffe ............. 56
2.1.5.4 Bio-, Garten- und Parkabfälle .................. 58
2.1.5.5 Altglas ........................................ 61
2.1.5.6 Sperrmüll und Gebrauchtmöbel ................... 63
2.1.5.7 Elektronikschrott .............................. 65
2.1.5.8 Gefährliche Abfälle ............................ 67
2.1.5.9 Hausmüll ....................................... 69
2.2 Fraktion der Geräte-Altbatterien .......................... 70
2.2.1 Begriffsdefinitionen der Batterien und ihrer
Bestandteile ....................................... 70
2.2.2 Abfallrechtliche Rahmenbedingungen für das
Batterierecycling .................................. 72
2.2.3 Überblick über die Batterietypen ................... 74
2.2.3.1 Klassifikationsschema .......................... 74
2.2.3.2 Primärbatterien ................................ 75
2.2.3.3 Sekundärbatterien .............................. 80
2.2.4 Lithium-haltige Gerätebatterien .................... 87
2.2.4.1 Historische Entwicklung der Lithium-haltigen
Gerätebatterien ................................ 87
2.2.4.2 Chemische Systeme bei Lithium-haltigen
Gerätebatterien ................................ 89
2.2.4.2.1 Grundlagen und günstige Eigenschaften von
Lithiumbatterien ........................... 89
2.2.4.2.2 Primärbatterien ............................ 90
2.2.4.2.3 Sekundärbatterien .......................... 93
2.2.4.3 Batteriebestandteile und -material ............. 96
2.2.4.3.1 Gewichtsanteile der Batteriekomponenten .... 96
2.2.4.3.2 Gehäuse .................................... 97
2.2.4.3.3 Anodenmaterial ............................. 97
2.2.4.3.4 Kathodenmaterial ........................... 98
2.2.4.3.5 Elektrolyt- und Separatormaterial .......... 99
2.2.4.4 Bauform der Lithium-haltigen Gerätebatterien .. 100
2.2.4.5 Typologie von Lithium-haltigen
Gerätebatterien ............................... 102
2.3 Marktanalyse für Lithium-haltige Gerätebatterien ......... 103
2.3.1 Herstellerkatalog von Lithium-Gerätebatterien ..... 104
2.3.2 Bestandsanalyse der Lithium-haltigen
Gerätebatterien ................................... 106
2.3.2.1 Entwicklung des Absatzes von Lithium-
Batterien ..................................... 106
2.3.2.1.1 Absatz von Batterien ...................... 106
2.3.2.1.2 Absatzentwicklung von Lithium-haltigen
Primärbatterien ........................... 109
2.3.2.1.3 Absatzentwicklung von Lithium-haltigen
Sekundärbatterien ......................... 111
2.3.2.1.4 Veränderungen der primären und
sekundären Lithium-Batterien .............. 113
2.3.2.2 Recyclingaufkommen von Lithium-Batterien ...... 115
2.3.2.3 Rücklaufquoten für Batterien im
Ländervergleich ............................... 120
2.3.3 Stockpile-Analyse in einer Batteriesortieranlage
mit Lithium-haltigen Gerätebatterien .............. 123
2.3.3.1 Datengrundlage und Methodik ................... 123
2.3.3.2 Hersteller und Herkunftsland .................. 125
2.3.3.3 Bauform ....................................... 126
2.3.3.4 Anwendungsgebiete und chemische Systeme ....... 128
2.3.3.5 Altersstruktur ................................ 129
2.4 Untersuchung des gegenwärtigen Wertpotenzials ............ 131
2.4.1 Wertstoffanteile .................................. 132
2.4.2 Stahl- und Kohlenstoffanteil ...................... 133
2.4.3 Kunststoffe ....................................... 134
2.4.4 Cobalt, Kupfer, Mangan und Nickel ................. 134
2.4.5 Lithium-Anteil .................................... 135
2.4.6 Weitere Bestandteile .............................. 137
2.4.7 Abschätzung des Wertpotenzials einer typischen
Lithium-Batterie .................................. 138
2.5 Zusammenfassung der Abfallwirtschaft ..................... 140
3 Grundlagen der Prognose .................................. 143
3.1 Grundlagen der Technologie-Roadmap ....................... 143
3.1.1 Begriffsbestimmung der Technologie-Roadmap ........ 143
3.1.2 Ziele und Zweck ................................... 145
3.1.3 Typen und Formen .................................. 147
3.1.4 Ansatz zur Entwicklung einer Technologie-Roadmap .. 153
3.1.5 Chancen und Risiken einer Technologie-Roadmap ..... 154
3.2 Überblick der Prognoseverfahren .......................... 156
3.3 Prognose mit der Diffusionstheorie ....................... 160
3.3.1 Einführung und Begriffsbestimmung ................. 160
3.3.1.1 Adoptionsbegriff .............................. 163
3.3.1.2 Produktlebenszyklus ........................... 165
3.3.2 Vorstellung der Diffusionstheorie ................. 170
3.3.3 Anwendungsbereiche ................................ 171
3.3.4 Das Bass-Modell in der Diffusionstheorie .......... 176
3.3.4.1 Beschreibung der allgemeinen Modellstruktur ... 176
3.3.4.2 Erweiterungsmöglichkeiten im Bass-Modell ...... 178
3.3.5 Lösungsansätze für die Abschätzung
der Parameter p und q im Bass-Modell .............. 180
3.3.5.1 Ordinary-Least-Square (OLS)..................... 182
3.3.5.2 Maximum-Likelihood-Estimation (MLE) ............. 183
3.3.5.3 Nonlinear-Least-Square (NLS) .................... 185
3.4 Zusammenfassung .......................................... 186
4 Technologie-Roadmap und Prognose des zukünftigen
Absatzmarktes sowie Abschätzung der Rückgabe und
dessen Wertschöpfungspotenzial von Lithiumhaltigen
Batterien und Akkumulatoren .............................. 188
4.1 Erstellung der Technologie-Roadmap Lithium-haltiger
Gerätebatterien .......................................... 188
4.1.1 Empirische Erhebung ............................... 188
4.1.2 Ersatztechnologie ................................. 191
4.1.3 Chemische Systeme ................................. 192
4.1.3.1 Primärbatterien ............................... 192
4.1.3.2 Sekundärbatterien ............................. 194
4.1.4 Eigenschaften der Lithium-Batterien ............... 196
4.1.4.1 Übersicht ..................................... 196
4.1.4.2 Sicherheit .................................... 197
4.1.4.3 Nutzungs- und Anwendungsdauer ................. 198
4.1.4.4 Leistungsfähigkeit ............................ 199
4.1.4.5 Kalendarische Lebensdauer ..................... 200
4.1.4.6 Zusammenfassung der Resultate der
Eigenschaftsverbesserung ...................... 201
4.1.5 Gewichtsveränderung ............................... 202
4.1.6 Zeiträume ......................................... 203
4.1.7 Rezyklierbarkeit und Rücknahmesystem .............. 206
4.1.8 Zusammenfassung ................................... 207
4.2 Prognose der zukünftigen Absatzmenge von Lithium-
Gerätebatterien anhand des Bass-Modells aus der
Diffusionstheorie ........................................ 212
4.2.1 Datengrundlage .................................... 213
4.2.2 Modellierung der einzelnen Produkte ............... 217
4.2.2.1 Digitalkamera ................................. 219
4.2.2.2 Camcorder ..................................... 222
4.2.2.3 mp3-Player .................................... 225
4.2.2.4 Universalfernbedienungen ...................... 227
4.2.2.5 Navigationsgeräte ............................. 228
4.2.2.6 Schnurlose Telefone ........................... 230
4.2.2.7 Mobiltelefone ................................. 233
4.2.2.8 Notebooks ..................................... 235
4.2.2.9 Smartphones ................................... 237
4.2.2.10 Zusammenführung aller Produkte ................ 239
4.3 Abschätzung des Rückgabeaufkommens
Lithium-haltiger Batterien ............................... 242
4.4 Wertschöpfungspotenzial der Lithium-
Sekundärgewinnung aus Lithium-haltigen
Gerätebatterien .......................................... 248
5 Schlussbetrachtung und Ausblick .......................... 251
5.1 Zusammenfassung .......................................... 251
5.2 Fazit und Ausblick ....................................... 256
Anhang ........................................................ 260
Literaturverzeichnis .......................................... 298
|
