15 Millionen Elektroautos sollen bis 2030 allein auf deutschen Straßen unterwegs sein. Für die gesamte EU geht man von mindestens 30 Millionen E-Fahrzeugen aus. Der Bedarf an Batterien für ihren Antrieb wird in den kommenden Jahren gewaltig sein. Doch die Akkus gelten als besonders heikel für die Umweltbilanz von Elektroautos. Das beginnt schon bei den Rohstoffen.
Lithium-Gewinnung benötigt große Wassermengen
Die meisten Elektrofahrzeuge haben heute Lithium-Ionen-Akkus an Bord. Ein entscheidender Teil des Lithiums für die Stromspeicher stammt aus Südamerika. Um das Alkalimetall zu gewinnen, wird salzhaltiges Grundwasser aus der Tiefe an die Oberfläche gepumpt. Dort verdunstet das Wasser - und zurück bleibt ein Salzgemisch mit einem hohen Lithium-Anteil. Die Herstellung von einem Kilogramm Lithium verbraucht allerdings mehrere hundert Liter Wasser. Dadurch besteht das Risiko, dass langfristig auch der Trinkwasserspiegel rund um die Fördergebiete sinkt. Es gibt jedoch Methoden, die mit wesentlich weniger Wasser auskommen. Und in Australien wird das Metall nicht aus lithiumhaltiger Sole gewonnen, sondern als Erz in großen Minen gefördert.
In herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus stecken aber noch andere problematische Stoffe - zum Beispiel Nickel und Kobalt. Nickelverbindungen können giftig sein; und auch Kobalt kann die Gesundheit gefährden. Außerdem wird Kobalt in Zentralafrika teilweise unter fragwürdigen und menschenverachtenden Bedingungen abgebaut. Und einer der wichtigsten Exporteure von Nickel war bislang Russland.
Doch Forschung und Industrie arbeiten bereits an Batterien, die aus Substanzen bestehen, die unbedenklicher sind - und einfacher zu beschaffen.
Es gibt Alternativen zu Lithium, Nickel und Kobalt
In den vergangenen Jahren haben Batterieproduzenten den Kobalt-Anteil in Lithium-Ionen-Akkus deutlich reduziert. Einige Fahrzeughersteller setzen sogar bereits kobalt- und nickelfreie Technologien ein: etwa Lithium-Eisenphosphat-Akkus. Diese haben allerdings eine geringere Energiedichte. Die einzelnen Batteriezellen, aus denen ein Akku zusammengesetzt ist, können also erheblich weniger Strom speichern als konventionelle Lithium-Ionen-Zellen.
Dafür reagieren Lithium-Eisenphosphat-Akkus wesentlich "gutmütiger" auf Beschädigungen. Es genügt deshalb ein leichteres Gehäuse, um sie zu schützen. Man kann also mehr Zellen einbauen. Das gleicht die Nachteile bei der Energiedichte ein Stück weit wieder aus.
Doch auch das Lithium in den Akkus lässt sich ersetzen. Relativ weit ist man hier bei der Natrium-Ionen-Technologie. Natrium ist preisgünstig und quasi unbegrenzt verfügbar - u.a. als Bestandteil von Meersalz. Es gibt allerdings auch einen entscheidenden Nachteil: "Natrium-Ionen-Batterien haben etwas geringere Speicherkapazität. Aber sie werden sich wohl sowohl für den stationären Bereich eignen als auch für Fahrzeuge - allerdings nicht für Handys und Notebooks", erklärt Prof. Maximilian Fichtner. Er ist Direktor von CELEST, einer Forschungsplattform für elektrochemische Energiespeicherung. Es sei zu erwarten, dass die Natrium-Ionen-Technologie in den kommenden Jahren durchaus noch leistungsfähiger werden wird.
Für Anwendungen, bei denen es auf Größe und Gewicht der Akkus ankommt, setzen Forschende auf einen anderen Lithium-Ersatz: Magnesium. Diesen Rohstoff findet man auch in Deutschland in großen Mengen. "Ein sehr interessantes Material, was die theoretische Energiedichte betrifft, aber mit noch sehr vielen Fragezeichen", erläutert Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens. Sie gehört zum Direktorium des Helmholtz-Instituts Ulm, das sich mit der Erforschung und Entwicklung von neuen Batteriekonzepten beschäftigt. Bis zu marktreifen Magnesium-basierten Fahrzeugakkus werde es deshalb noch eine Weile dauern.
Wie umweltverträglich und nachhaltig die Batterieproduktion ist, hängt jedoch nicht nur von den Substanzen ab, die in den Stromspeichern stecken.
Wie kann man Batteriezellen umweltschonend fertigen?
Auf der ganzen Welt entstehen momentan riesige Fabriken für Fahrzeugakkus. Die Herstellungsprozesse entscheiden mit darüber, wie stark die Batterieproduktion unsere Umwelt belastet. Ein wichtiger Faktor ist auch die Herkunft des Stroms. Die Fertigung von Batteriezellen ist energieintensiv. Stammt nun ein entscheidender Teil vom Strommix aus Kohle-, Öl- und Gaskraftwerken, dann sorgt das für einen entsprechend großen CO2-Fußabdruck. Man spricht oft auch vom CO2-"Rucksack", den jeder Akku bzw. jedes Elektroauto erst einmal mit sich herumschleppt. Je größer bzw. schwerer dieser Rucksack ist, desto mehr Kilometer muss ein Elektroauto fahren, bevor es vergleichbare Verbrenner in der CO2-Bilanz hinter sich lassen kann.
Volkswagen setzt deshalb bei seinem vor einem Jahr gegründeten Batterieunternehmen "PowerCo" auf eine CO2-neutrale Energieversorgung: "Jede Fabrik wird zu 100 Prozent mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben", teilt der Konzern mit. Die erste dieser Batteriezell-Fabriken soll 2025 in Salzgitter die Produktion aufnehmen.
Der Energiebedarf für die Zellproduktion lässt sich aber auch durch neue Herstellungsverfahren senken. Tesla etwa will unter anderem in seinem deutschen Werk in Grünheide die Trockenbeschichtung von Batterieelektroden einführen. Das soll neben Energie gleichzeitig Wasser sparen.
Ressourcen sparen: "Second-Life" und Akku-Recycling
Bei der Frage, wie umweltverträglich die Antriebsakkus für E-Autos sind, spielt noch ein weiterer Punkt eine wesentliche Rolle: Was passiert, wenn die Stromspeicher Altersschwäche zeigen? Auf ihre Akkus geben die meisten Autohersteller eine Garantie über acht Jahre bzw. eine bestimmte Kilometerleistung. Wahrscheinlich halten die Batterie-Pakete sogar länger.
Aber irgendwann sinkt die Akkukapazität unter den Mindestwert von 70 Prozent. Dann ist ein Austausch fällig. Für viele Module könnte jedoch ein "zweites Leben" beginnen: als stationärer Stromspeicher für Photovoltaikanlagen, oder um Schwankungen im Stromnetz auszugleichen. Nach ein paar weiteren Jahren ist die Kapazität allerdings so niedrig, dass sich selbst diese "Second-Life"-Nutzung nicht mehr lohnt.
In diesem Fall steht das Recycling der Batterien an. Es gibt in Deutschland bereits einige Anlagen dafür. Die Autohersteller wollen in den kommenden Jahre eine Recycling-Quote von über 90 Prozent erzielen. Das ist besonders bei kritischen und teuren Materialien wie Kobalt, Nickel und Lithium wichtig. "Wir wissen aus der Forschung, dass recycelte Batterie-Rohstoffe genauso leistungsfähig sind wie neue", erklärt dazu ein Konzernmanager von Volkswagen. "Da die Nachfrage nach Batterien und damit nach E-Rohstoffen stark steigen wird, können wir jedes Gramm zurückgewonnenes Material gut gebrauchen."
Entsprechend hohe Recycling-Quoten sind auch in der neuen EU-Batterieverordnung vorgesehen, die noch in diesem Jahr in Kraft treten soll.
Akkus für die E-Mobilität können noch nachhaltiger werden
Wenn man an allen Stellen im Lebenszyklus von Batteriezellen ansetzt, dann lassen sich Akkus für Elektrofahrzeuge um einiges umweltschonender und nachhaltiger produzieren als bisher. Das beginnt damit, wie die notwendigen Rohstoffe gewonnen werden. Und es endet mit einem möglichst vollständigen Recycling.
Wie nachhaltig Batteriezellen für Elektroautos gefertigt wurden, darüber soll in Zukunft ein spezielles Siegel Auskunft geben. Auch das ist Teil der neuen EU-Batterieverordnung.
Im Video: Die Batterie der Zukunft
"BayBatt"
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