Was die Batterieindustrie noch von Pharma lernen muss

Die Herstellung moderner Lithium-Ionen-Batterien ist ein hochkomplexer Prozess, bei dem enorme Materialmengen bewegt werden. Dabei kommen Substanzen wie Nickel, Kobalt, Lithium und deren Mischoxide (zum Beispiel NMC, NCA oder LFP) zum Einsatz. Diese modernen Kathoden- und Anodenchemikalien liegen oft als lungengängige, chemisch aggressive Stäube vor. Die Materialien bieten zwar technologische Performance-Vorteile, bergen damit jedoch erhebliche Gesundheitsrisiken für die Mitarbeiter. Die Partikelgrößen liegen oft im Bereich von 1 bis 100 μm – eine Größe, die leicht eingeatmet werden kann.

Die unterschätzte Gefahr: Wenn Stäube zum Risiko werden

In der Batterieindustrie wird das Gefahrenpotenzial oft erst spät erkannt. Die Exposition gegenüber feinen Pulvern von Lithium, Kobalt und Nickel kann schwerwiegende Folgen haben: von respiratorischen Problemen über systemische Toxizität und dermale Sensibilisierung bis hin zur Karzinogenität sowie Schäden an Nieren und Leber.

Für jede gefährliche Substanz gibt es eine sichere Dosis. Die Grenzwerte, die sogenannten Occupational Exposure Limits (OELs), werden dabei oft strenger. So hat beispielsweise die US-Umweltbehörde EPA für NCA (Aluminium-Kobalt-Lithium-Nickel-Oxid) ein NCEL (New Chemicals Exposure Limit) von lediglich 92 μm/m³ festgelegt. Solch extrem niedrige Werte lassen sich mit herkömmlichen Handhabungsmethoden kaum noch einhalten.

Von der Automobil- zur Prozessindustrie: Ein kultureller Wandel

Hier kommt die Pharmaindustrie ins Spiel. Während die Batterieherstellung ihre Wurzeln oft in der Automobilindus­trie hat – wo gefährliche Substanzen früher eher eine Nebenrolle spielten –, ist die Pharmabranche seit Jahrzehnten auf den Umgang mit hochaktiven Wirkstoffen (Active Pharmaceutical Ingredients, APIs) spezialisiert. In einem aktuellen Whitepaper stellen Dr. Rainer Nicolai, ehemals Product Owner Engineering Consulting beim Schweizer Pharmakonzern Roche und jetzt Managing Director bei Proxsolutions, sowie Mattia Wiedemeir, CCO des Containment-Spezialisten Schedio, fest, dass in der Batterieindustrie oft noch eine grundlegende Erfahrung im Umgang mit Gefahrstoffen fehlt.

Der entscheidende Ansatzpunkt ist die Risikodefinition: Risiko = Gefahr x Exposition. Da die Gefahr (die Substanz an sich) im Prozess nicht substituiert werden kann, muss die Exposition minimiert werden. Die „Hierarchy of Controls“ des US-Instituts Niosh gibt hier eine klare Priorisierung vor: Technische Schutzmaßnahmen (Engineering Controls) stehen weit über administrativen Kontrollen oder der persönlichen Schutzausrüstung (PSA). Ähnlich ist es im kürzlich überarbeiteten Annex 1 der europäischen GMP-Richtlinie festgehalten.

Containment als primäre Strategie

In der Pharmaproduktion ist Containment, also die physische Trennung von Bediener und Produkt, der Goldstandard. PSA gilt dort lediglich als „letzte Verteidigungslinie“, falls technische Barrieren versagen. Für die Batterieindustrie bedeutet dies den Übergang von offenen Prozessen und Atemschutzmasken hin zu geschlossenen Systemen.

Ein effektives Containment-Konzept ist jedoch keine „Einheitslösung“, sondern erfordert einen strategischen Mix aus verschiedenen Technologien. Jede Schnittstelle im Prozess muss einzeln bewertet werden: vom Sampling über die Behälterbeladung bis hin zum Filterauslass und der Verpackung.

Der technologische Werkzeugkasten

Das Whitepaper von Nicolai und Wiedemeir identifiziert mehrere Schlüsseltechnologien, die direkt aus der Pharmawelt adaptiert werden können:

• Starre Isolatoren: Sie bieten den robustesten Schutz und können OEL-Werte bis in den einstelligen Nanogramm-Bereich absichern. Moderne Systeme arbeiten mit Unterdruck, integrierten Hepa-Filtern und automatisierten Reinigungssystemen.

• Flexible Isolatoren: Diese aus polymeren Filmen (zum Beispiel HDPE) gefertigten Lösungen eignen sich ideal für temporäre Setups oder Pilotlinien. Sie sind kostengünstig und schnell verfügbar, haben aber Nachteile bei der mechanischen Belastbarkeit und den langfristigen Betriebskosten.
• Doppelklappensysteme: Diese Armaturen ermöglichen einen staubarmen Transfer zwischen Behältern oder Prozessanlagen, ohne das System zur Umgebung zu öffnen. Eine aktive „Alpha-Hälfte“ verbindet sich dabei dicht mit einer passiven „Beta-Hälfte“, bevor der Materialfluss freigegeben wird.

• Downflow Booths: Wo eine vollständige Einhausung unpraktisch ist, bieten diese Kabinen durch einen gerichteten, gefilterten Luftstrom Schutz im niedrigen Mikrogramm-Bereich, während sie gleichzeitig maximale Ergonomie für manuelle Aufgaben wie Wiegen oder Bemustern bieten.
• Endlos-Liner und Bag-over-Bag-Systeme: Diese Lösungen erlauben das sichere Abfüllen in Fässer oder das Andocken von Gebinden, indem das Material in Kunststoffschläuchen versiegelt wird, was das Risiko einer Staubfreisetzung beim Trennen der Verbindung minimiert.

Ganzheitliche Integration: Mehr als nur Sicherheit

Ein häufiges Vorurteil gegenüber Containment ist, dass es die Produktion verlangsamt oder verteuert. Doch das Gegenteil kann der Fall sein. „Containment sollte gegen die betriebliche Effizienz abgewogen werden, aber oft unterstützt es diese sogar“, heißt es im Whitepaper.

Gut geplante geschlossene Systeme reduzieren zeitaufwendige Reinigungsprozeduren in den Reinräumen und senken die Kosten für teure Einweg-PSA. Zudem können sie die Atex-Klassifizierungen in der Anlage herabstufen, da keine explosionsfähigen Stäube in die Umgebung gelangen. Sogar die Anforderungen an die Trockenraum-Atmosphäre können durch geschlossene Systeme stabilisiert werden, da die Mikroumgebung im Containment leichter zu kontrollieren ist.

Batterieproduktion der Zukunft

Die Batterieindustrie steht an einem Wendepunkt. Um die immer strengeren Grenzwerte einzuhalten und die Gesundheit der Mitarbeiter in Gigafactories langfristig zu schützen, kann der Transfer von Know-how aus der pharmazeutischen Industrie eine vorteilhafte Abkürzung sein, um zu dem Ziel „sichere Arbeitsplätze“ zu kommen.

Der pragmatische Weg zum Erfolg führt über eine detaillierte Expositionsanalyse jedes einzelnen Prozessschritts. Anstatt die gesamte Linie in starre Isolatoren zu zwängen, verspricht ein intelligenter Technologiemix aus Isolatoren, Split-Valves und Liner-Systemen die beste Balance zwischen Sicherheit, Ergonomie und Produktivität. Containment ist somit kein Kostenverursacher, sondern ein Enabler für eine sichere, effiziente und skalierbare Produktion der Zukunft.