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Mar 14, 2023

Batterien sind die ökologische Achillesferse von Elektrofahrzeugen

Außerordentlicher Professor für Elektrotechnik, Swinburne University of

Außerordentlicher Professor für Elektrotechnik, Swinburne University of Technology

Dekan der School of Science, Computing and Engineering Technologies, Swinburne University of Technology

Ausgezeichneter Professor für elektrische erneuerbare Energien, Swinburne University of Technology

Die Autoren arbeiten nicht für ein Unternehmen oder eine Organisation, die von diesem Artikel profitieren würde, beraten sie nicht, besitzen keine Anteile daran oder erhalten keine Finanzierung von ihnen und haben über ihre akademische Anstellung hinaus keine relevanten Verbindungen offengelegt.

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Befürworter von Elektrofahrzeugen sagen, dass die Autos letztendlich einen geringeren CO2-Fußabdruck haben als ihre Pendants mit fossilen Brennstoffen und unsere Energieprobleme endgültig lösen könnten. Na ja, das ist in Ordnung, aber wenn wir uns mit den inneren Schichten von Elektrofahrzeugen befassen und sehen, wie nachhaltig ihre Komponenten sind, stellen sich Fragen. Tatsächlich könnten die Batterien, die Elektrofahrzeuge antreiben, auch ihre Achillesferse sein.

Batterien sind die teuerste Komponente eines Elektrofahrzeugs. Ist der Akku beschädigt, defekt oder einfach alt, kann dies dazu führen, dass das Fahrzeug vorzeitig abgeschrieben wird. Tesla produziert sogar „strukturelle“ Batteriepacks, die angeblich „nicht reparierbar“ sind.

Für die Herstellung dieser Batterien werden immer knappere und wertvollere Ressourcen wie Lithium und Wasser benötigt. Dennoch sind sie oft nicht auf einfache Reparatur, Wiederverwendung oder Recycling ausgelegt. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt und reicht vom Abbau von Materialien über den Wasser- und Energieverbrauch bei der Herstellung neuer Batterien und Fahrzeuge bis hin zu gefährlichen Abfällen aus ausrangierten Batterien.

Mit anderen Worten: Die Antwort auf die Frage „Sind Elektrofahrzeuge wirklich umweltfreundlich?“ hängt weitgehend davon ab, wie wir mit den mit ihren Batterien verbundenen Nachteilen umgehen. Änderungen in der Art und Weise, wie wir Batterien für Elektroautos entwerfen, produzieren, verwenden und recyceln, sind dringend erforderlich. Diese Veränderungen können sicherstellen, dass wir bei der Lösung des Problems der Emissionen fossiler Brennstoffe auch andere Umweltschäden minimieren.

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Es ist wichtig, diese Probleme jetzt zu lösen, da Elektrofahrzeuge nur einen kleinen Teil der weltweiten Fahrzeugflotte ausmachen. Selbst im weltweit führenden Norwegen sind nur 20 % der Autos auf der Straße elektrisch. In Australien sind weniger als 100.000 der 20 Millionen zugelassenen Fahrzeuge batteriebetrieben.

Dennoch kämpfen wir bereits mit den aufkommenden Bedenken hinsichtlich ihrer Batterien. Die Leistung von Lithiumbatterien in einem Elektrofahrzeug kann je nach Fahrgewohnheiten des Besitzers innerhalb von sechs bis zehn Jahren auf 70–80 % ihrer vollen Kapazität nachlassen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Batterie als Hauptenergiequelle des Fahrzeugs kaum noch zuverlässig. Wiederholtes Schnellladen kann einen Akku schneller entladen.

Weltweit werden bis 2025 etwa 525.000 Batterien das Ende ihrer Nutzungsdauer für den Antrieb eines Fahrzeugs erreichen. Diese Zahl steigt bis 2030 auf über 1 Million.

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Die Gesamtlebensdauer von Lithiumbatterien beträgt jedoch 20 Jahre. Das bedeutet, dass das Ende der Nutzungsdauer einer Batterie in einem Fahrzeug nicht zwangsläufig bedeutet, dass sie entsorgt werden muss. Diese ausgemusterten Batterien können für viele andere Zwecke verwendet werden.

Wie viel Kapazität hat eine ausgediente Batterie also noch? Beispielsweise kann ein Energiespeicher aus fünf wiederverwendeten Chevrolet-Volt-Batterien den Spitzenenergiebedarf von zwei Stunden für fünf Häuser decken. Noch attraktiver werden die Zahlen für die Batterien des Tesla Model 3, die über die dreifache Energiekapazität der Chevrolet Volt verfügen.

Das ist eine enorme Kapazität, die in einer ausgedienten Batterie noch vorhanden ist. Warum also nicht das nutzen?

Und wenn die Batterie das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht hat, können die meisten für ihre Herstellung verwendeten Rohstoffe zurückgewonnen werden. Es ist möglich, über 95 % der wertvollen Metalle wie Lithium, Nickel, Kobalt und Kupfer zu gewinnen. Die Europäische Union verlangt bereits, dass die Batterien von Elektrofahrzeugen zu mindestens 50 % recycelbar sein müssen, bis 2025 sollen es 65 % sein.

Allerdings stellt die derzeit fehlende Standardisierung von Batteriepacks eine Herausforderung für das Batterierecycling dar. Es gibt viele verschiedene physikalische Konfigurationen, Zelltypen und Zellchemien.

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Die gute Nachricht ist, dass die Wiederverwendung von Batterien keine fiktive Utopie ist. Der Autobauer Nissan macht es bereits auf Koshikishima, einer Insel im Südwesten Japans. Batterien werden aus Elektrofahrzeugen zurückgewonnen, auf ihren Zustand geprüft und anschließend geeigneten Second-Life-Anwendungen zugeführt.

Diese Batterien können in einem Solarpark, als Notstromversorgung für den Haushalt oder für einen elektrischen Gabelstapler in einem Lagerhaus wiederverwendet werden. Untersuchungen zeigen, dass durch diese Umnutzung von Batterien eine Nutzungsdauer von weiteren 10 bis 15 Jahren erzielt werden kann. Das ist ein großer Schritt zur Reduzierung ihrer Umweltbelastung.

Wer profitiert also von diesem System? Nun, die Liste ist lang.

In erster Linie profitieren Besitzer von Elektrofahrzeugen sofort, wenn ihre gebrauchten Batterien zu einem guten Preis verkauft werden können.

Längerfristig erweitert sich die Liste der Begünstigten enorm. Haushalte können zuverlässigere und günstigere Energie erhalten, indem sie einfach ihren Batteriespeicher außerhalb der Spitzenzeiten aufladen, um ihn zu Spitzenzeiten zu nutzen, wenn die Stromkosten höher sind. Wie eine Initiative in Portugal zeigte, könnte der Einsatz wiederverwendeter Batterien von Elektrofahrzeugen auf diese Weise die Energiekosten um 40 % senken.

Die Wiederverwendung von Batterien ist eine gute Nachricht für die Umwelt. Untersuchungen deuten darauf hin, dass eine Reduzierung der Nachfrage nach neuen Batterien auf diese Weise die Treibhausgasemissionen bei der Herstellung von Batterien um bis zu 56 % senken könnte.

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Die lange Liste der Vorteile, die es mit sich bringt, den Batterien von Elektrofahrzeugen ein zweites Leben zu geben und ihre Materialien anschließend zu recyceln, ist verlockend. Angesichts des Ausmaßes der potenziellen wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile sowie der unzähligen Arbeitsplätze, die durch diese Arbeit entstehen können, könnten Batterien in ihrem Nachleben großzügiger sein als in ihrer ersten Inkarnation in Elektrofahrzeugen.