Elektromobilität braucht vor allem starke Batterien – aber wo kommen die her, wieviel Energie sie Speichern und kann man sie später Umweltfreundlich Entsorgen? Arivve beantwortet in einem Akku-Report die wichtigsten Fragen.
In diesem Sommer geisterte eine schwedische Studie durch die Medien, die die Frage beantwortete, wie viel Energie die Produktion der Batterie eine Kleinelektrofahrzeuges verschlingt. Die Antwort war ernüchternd: Man müsste einen Wagen mit einem Verbrennungsmotor mindestens acht Jahre lang fahren, bis er die Umwelt so stark belastet habe wie allein die Produktion des gewaltigen Akkus für einen Tesla S – dessen Stromverbrauch dabei noch nicht mal berücksichtigt war. Kleinere Akkus in leichteren Fahrzeugen, zum Beispiel beim Nissan Leaf, schnitten besser ab, hier war die Energiebilanz bereits nach drei Jahren positiv.
Unabhängig davon, wie man die Studie bewertet, die wichtigste Frage beantwortet sie auf den ersten Blick: Die Frage nach der Reichweite ist immer die Frage nach dem Zugeständnis, wie ,,nachhaltig“ man sich verhalten möchte – je mehr Batterien man in sein Auto packt, desto weiter fährt es und desto stärker belastetet es die Umwelt bereits in der Produktion. Warum ist das so?
Batterien gibt es seit über 200 Jahren.
Als der italienische Physiker Allesandro Volta entdeckte, dass sich chemische Energie in elektrische Energie verwandeln lässt, begann die Geschichte der Speicherung von elektrischer Energie. So um 1800 legte er nach Hunderten Versuchen Kupfer- und Zinkplatten übereinander, dazwischen legte er jeweils ein Stück in Salzwasser getränktes Leder. Das Zink gibt Elektronen ab, ein negativer Pol entsteht, das Salzwasser sorgt für einen positiven Pol am Kupfer. Dann verband er beide Pole mit einem Draht aus Metall und die überschüssigen Elektronen flossen zum positiven Pol: Erstmals erzeugte ein vom Menschen gesteuerter chemischer Porzess Energie.
Nicht viel anders funkrionieren heute gängige Auto-Akkus – nur, dass man im Laufe des Jahrhunderte nach Metallen forschte, die möglichst viel Elektronenaktivität bei einer hohen Energiedichte, einem möglichst geringen Gewicht und einer wirtschaftlichen Herstellung aufweisen. Derzeit erfüllen die sogenannten Lithium-Ionen-Akkus diese Kriterien am besten – wobei es sich hier um einen Obergriff für eine Reihe von Akkus aus verschiedenen Metallmischungen handelt, in denen Lithium und Kobalt, aber auch andere Metalle wie Nickel, Mangan oder auch Eisen, eingesetzt wird. Ziel ist es, eine höchstmögliche Energiedichte zu erreichen.
Gigantischer Bedarf an Lithium und Kobalt
Lithium ist ein chemisches Element, ein Leichtmetall, das in der Natur nicht in Reinform vorkommt, sondern nur gebunden in der Form von Salzen. Wo früher Vulkane brodelten, gibt es heute Lithium, ein Grossteil der Litihumvorkommen der Welt liegt in den südamerikanischen Salzseen in Argentinien, Bolivien und Chile. Das ,,weisse Gold der Anden“ wird in Form eines Lithium-Metalloxids zu Akku verbaut, schon in wenigen Jahren braucht man dafür knapp die Hälfte der Weltproduktion des Stoffes.
Auch die Kobalt-Produktion nimmt mit zunehmendem Akku-Bedarf für elektronische Geräte, besonders durch den Smartphone-Boom und jetzt durch die aufkommende Elektromobilität, zu. Das Metall wird unter anderem in Minen der Demokratischen Republick Kongo abgebaut, wo meist junge Männer, aber auch Frauen und Kinder, maximal drei Dollar am Tag erhalten. Menschenrechtsorgansattionen berichten von Kinderarbeit, Lungenkrankheiten durch Kobaltstaub und unmenschliche Arbeitsbedingungen, da es in den Minen so gut wie keine Sicherheitsstandards gibt. Erst in allerjünsten Zeit gibt es Anzeichen dafür, dass sich die chiniesischen Kobalt-Konzessionäre verpflichten wollen, hier etwas zu ändern. Der Bedarf an dem wertvollen Metall ist hier schier unerschöpflich, er wird sich im aufkommenden Zeitalter der Elektromobilität massiv erhöhen und die Profite aus einer Tonne Kobalt, die auf dem Weltmarkt heute rund 60.000 Dollar kostet, sind gigantisch. Die Menschen im Kongo und in anderen armen Regionen der Welt, wo Metalle für unseren Wohlstand abgebaut werden, profitieren davon eher weniger, leider.
Mit Ausnahme von Australien gibt es weltweit keine westliche Industrienation, die über nennenswerte Vorkommen der wertvollen Metalle verfügt. Das heisst, alle Elektroautos porduzierenden Nationen schauen auf China, in dem ein Grossteil Lithiums abgebaut wird. Zudem haben einige chinesische Firmen auch Zugriff auf kongolesische Kobaltminen. Nicht zuletzt deshalb gibt es weltweit grosse Forschungsbemühungen, das Lithium in den Batterien durch ein anderes Element zu ersetzen.
Grosse Produktionsstrassen für Batterien entstehen derzeit weltweit
Dem Aufbau von Kapazitäten tut das aber keinen Abruch. In diesen Wochen bauen amerikanische, japanische, koreanische und deutsche Autobauer vielerorts gigantische Produktionsstätten für Auto-Akkus. Tesla ist dabei, mit Hilfe von Panasonic eines der grössten Gebäude der Welt in der Wüste von Nevada zu errichten – in kilometerlangen Werkshallen sollen jährlich Batteriezellen mit einer Gesamtleistung von über 100 Gigawattstungen entstehen – dreimal mehr, als noch 2013 weltweit an solche Zellen benötigt wurde.
Produktionsrekorde fallen ohnehin im Monats-Takt: Im November 2017 nahm Tesla nahe Adelaide in Australien die weltgrösste Lithium-Ionen-Baterie in Betrieb, die durch einen Wildpark geladen wird und 30.000 Haushalte mit Strom versorgt. Auch die grösste Batterie der Welt besteht aus kleinen Zellen, die auch in einem Smartphone zum Einsatz kommen, was bedeutet: Je mehr solcher Zellen man verbaut, desto mehr Energie hat man zur Verfügung, bzw. desto weiter fährt ein Auto.
Leider steigen die Kapazitäten dieser Zellen nicht so stark wie beispielsweise die Anzahl der Schaltungen in Mikroprozessoren. In den vergangenen 25 Jahren erhöhte sich die Energiedichte von Akkus pro Jahr nur um rund 5 %, aber auch in Zukunft werden hier keine exponentiellen Steigerungsraten erwartet, was im Klartext bedeutet, dass Nachhaltigkeitseffekte der Elektromobilität sich zügig, aber doch langsamer als gedacht, einstellen werden.
Mit dabei sind im Produktionsreigen deutsche Firmen. Sie planen entweder selbst grosse Batteriefabriken oder aber Koperationen mit den Giganten am Markt, um Kosten und Produktionsrisiken zu minimieren. VW bezieht vieler seiner Akkus von LG Chem aus Korea und erwägt eine Kooperation mit Tesla und Panasonic, Daimler baut mit seiner Tochterfirma Accumotive im sächischen Kamenz jetzt schon die zweite grosse Batteriefabrik, während BMW Akkus vom korenaischen Tech-Giganten Samsung einkauft.
Von unseren Haushaltbatterien wissen wir, dass wir sie im Sondermüll entsorgen müssen, da sie zu einen giftige Substanzen enthalten, zum anderen wertvolle recyclebare Metalle. Zudem stellen sie aufgrund der Brandgefahr eine Umweltgefahr dar. Die Frage, die sich hier also stellt, lautet: Potenziert sich dieses Problem nicht in der Ära der Elektromobilität, zumal es dann auch irgendwann immer mehr durch Unfälle beschädigte Gross-Akkus geben wird?
Beitrag zu Energiewende
Derzeit entwickeln sich rund um diese Probleme neue Industrien: Der Transport gebrauchter und unbeschädigter Akkus ist dabei unkritisch – Kühne & Nagel plazierte hier zum Beispiel schon Spezialtransportangebote am Markt.
Mechanisch defekte Akkus müssen jedoch mit speziellen Behältern, die im Falle eines Brandes thermische Energie aufnehmen können, zu den Recyclingfirmen gebracht werden. Noch immer nicht vollständig geklärt sind auch die Ursachen von Bränden, die vor wenigen Jahren einige Tesla-Fahrzeuge zerstörten und dabei Menschenleben kosteten. Viele Logistik unternehmen befördern beschädigte Lithium-Akkus gar nicht. Viele neue Konzepte entstehen derzeit erst. Die DHL arbeitet z.B an einem neuen Transportsystem, das auch grosse Mengen von Lithium-Ionen-Akkus sicher transportierbar macht.
Ein Problem mit Akku Müll gibt es nicht
Viele aus E-Mobilen ausgemusterte Akkus müssen gar nicht recycelt werden, man kann sie danach stationär als Batteriespeicher einsetzen, dort, wo sie nicht ihr hohes Eigegegewicht antreiben, ein Konzept, was auch für frisch produzierte Batterien der jeweiligen Baureihen gilt, die als Ersatzteile vorgehalten werden. Denn Batterien halten, wenn sie nicht mechanisch zerstört werden, sehr lange. VW z.B. gibt acht Jahre Garantie auf den Akku des E-Golf, und beim meistverkauften Elektroauto der Welt, dem Nissan Leaf, verabschieden sich in über einer Dekade nur sehr wenige Akkus aus dem Betrieb. Überdies ist sehr selten die ganze Batterie defekt, durch den modularen Aufbau ist es bei vielen Konstruktionen möglich, einzelne Zellengruppen auszutauschen und den Rest zu erhalten.
Wenn Akkus nach vier bis acht Jahren ihre Anfangsreichweite verlieren, haben sie fast immer noch rund 80 % ihrer Kapazität. Das ist Power genug, sie in Batteriefarmen oder Grossspeichern einzusetzen, wo ihnen ein weiteres langes Leben als ,,Schwarmspeicher“ beschert ist – alle Hersteller arbeiten an entsprechenden Projekten.
BMW 13-Entwicklungschef Robert Irlinger zum Beispiel sagt: ,,Wir verwenden alle zurückgenommenen Batterien weiter.“ Und die Daimler-Tochter Accumotive arbeitet mit den Stadtwerken Hannover zusammen. Dort hat man im Oktober 2017 den grössten Batteriespeicher Europas in Betrieb genommen, der gleichsam als ,,lebendes Ersatzteillager“ für elektromobile Systeme fungiert und 1.800 von insgesamt 3.200 Batteriemodulen enthält, die für die Fahrzeugflotte der dritten Generation des smart Electric Drive vorgehalten werden.
Wenn die Anlage 2018 unter Vollast läuft, hat sie gut 17 Megawattstunden Speicherkapazität und leistet damit einen Beitrag zur Energiewende weit über die Elektromobilität hinaus.
Quelle: arrive
Das Automagazin für die Mobilität der Zukunft