Wie schädlich ist die Produktion und Entsorgung von Batterien?

26.11.2015 - 15:53 Uhr von Christoph Mähler
26.11.2015

Als der italienische Physiker Alessandro Volta (1745-1827) die Batterie erfand, befand sich die Elektrizitätslehre noch in ihren Anfängen. Seitdem ist viel Strom von Pol zu Pol geflossen.

Salzsee "Salar de Uyuni" in Bolivien. Umweltschützer fürchten einen Run auf die Lithiumvorkommen und unkontrollierten Abbau des Rohstoffs in den unwegsamen Salzsee-Regionen.
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Salzsee "Salar de Uyuni" in Bolivien. Umweltschützer fürchten einen Run auf die Lithiumvorkommen und unkontrollierten Abbau des Rohstoffs in den unwegsamen Salzsee-Regionen.

 © imago/epd

Aus der ehemals „Voltasche Säule“ genannten Ur-Batterie entwickelten sich mit der Zeit Hochleistungs-Stromspeicher und wieder aufladbare Akkumulatoren. Streng genommen ist ein wieder aufladbarer Energiespeicher, wie er in einem Elektroauto verwendet wird, keine Batterie, sondern eine sogenannte Sekundärzelle. Im allgemeinen Sprachgebrauch haben sich die Begrifflichkeiten für beide Techniken nach und nach verwischt und in der umgangssprachlichen Unterscheidung zur nicht ladbaren Primärzelle (Batterie) hat sich die Bezeichnung Akku etabliert. In einem Elektroauto werden mehrere Akkus zu einer sogenannten Traktionsbatterie zusammengeschaltet. Da die meisten Autohersteller aber den geläufigen Begriff Batterie vorziehen, wird dieser der Einfachheit halber auch im folgenden Text verwendet.

Die Stromquelle im Elektroauto

Bei den heutzutage in Elektroutos verwendeten Batterien handelt es sich in der Regel um sogenannte Lithium-Ionen-Akkus. Neben ihrer hohen spezifischen Energie steht vor allem der geringe Memory-Effekt im Fokus der Autohersteller: Er ermöglicht eine Vielzahl von Ladezyklen ohne nennenswerte Kapazitätseinbußen. Die Langlebigkeit relativiert den aufwendigen und umweltbelastenden Herstellungsprozess teilweise. Da der Markt der E-Mobilität relativ jung ist, existieren noch keine signifikanten Studien zur tatsächlichen Lebensdauer der Batterien. Experten gehen davon aus, dass die Ladekapazität einer Batterie nach etwa acht Jahren auf 70 bis 80 Prozent des ursprünglichen Wertes sinkt. Diese Theorie wird durch die von verschiedenen Autoherstellern gewährte Garantiezeit von acht bis zehn Jahren untermauert. Ab diesem Zeitpunkt vermindert sich die Reichweite eines E-Autos deutlich und die Batterie sollte ausgetauscht oder wieder aufbereitet werden. Die Lebensdauer einer Batterie steht im direkten Zusammenhang mit der von ihr ausgehenden Umweltbelastung: Je mehr Ladezyklen möglich sind, desto weniger wertvolle Rohstoffe werden benötigt.

Produktion und Umweltbelastung

Bis zu 65 Prozent der Umweltbelastung durch E-Autos entstehen bei der Produktion des benötigten Fahrstroms. Die restlichen 35 Prozent entfallen fast gänzlich auf den Herstellungsprozess des Autos. Insbesondere die Herstellung der Batterie fällt hierbei schwer ins Gewicht. Und das im wörtlichen Sinn: Die Batterie des VW e-Golf wiegt satte 314 Kilogramm und nimmt über 200 Liter Bauraum ein. In Verbindung mit dem Elektromotor ist es also in erster Linie der Antriebsstrang, dessen Herstellung sowohl den Preis als auch die Umweltbelastung von E-Autos in die Höhe treibt. Hier ist der eigentliche „Zusammenbau“ der Batterie umwelttechnisch das kleinere Problem; weitaus größere Umweltrisiken gehen von der Gewinnung und Bereitstellung der benötigten Rohstoffe aus.

Die Rohstoffe

Der Rohstoffbedarf zur Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkus ist hoch. In einer Batterie durchschnittlicher Größe kommen circa drei Kilogramm Lithium als Ladungsträger zum Einsatz. Dazu kommen einige Kilogramm Nickel, Mangan und Kobalt als Elektrodenmaterialien. Im Fokus der Umweltschützer steht insbesondere das Lithium. Schon heute werden davon große Mengen für die Akkus von Handys, Notebooks und Tablets gebraucht. Eine wachsende Absatzzahl von E-Autos würde den Bedarf sprungartig ansteigen lassen: Ein Run auf die Abbaugebiete wäre die Folge. Die größten Lithiumvorkommen gibt es in Bolivien, Argentinien und Chile (Lithium-Dreieck). Beobachter fürchten ein unkontrolliertes Abbau-Szenario in den unwegsamen Salzsee-Regionen dieser Länder. Dort lagern im Seewasser gebunden die größten Reserven inmitten bislang unberührter Natur.

Im Jahr 2010 wurden bis dahin unbekannte Lithium-Lagerstätten in Afghanistan entdeckt. Ihr Ausmaß ist derart groß, dass laut der Welt "Afghanistan für Lithium den Stellenwert erhalten könnte, den Saudi-Arabien für Öl hat“. Angesichts der brisanten politischen Lage in Afghanistan liegt eine mögliche Erschließung dieser Vorkommen aber in ungewisser Zukunft.

Die Gewinnung

Unabhängig davon, wo Lithium gewonnen wird, ist das Verfahren mit hohen Umweltbelastungen verbunden. Für die Batterieherstellung wird Lithiumkarbonat mit einem Reinheitsgrad von 99,95 Prozent benötigt. Wie wird es gewonnen? Beispiel: Der „Salar de Atacama“ in Chile. In diesem Salzsee ruhen nach Schätzungen des U.S. Geological Survey (eine wissenschaftliche Behörde im Geschäftsbereich des Innenministeriums der Vereinigten Staaten) noch Lithium-Reserven von drei Millionen Tonnen. Die Bergwerksgesellschaft hat dort riesige Verdunstungsbecken für die Lake angelegt. Nachdem ein Großteil des Wassers verdunstet ist, bleibt eine olivgrüne Lösung mit hohem Lithium-Gehalt zurück. Diese wird per LKW in die Stadt Antofagasta am Pazifik gebracht und in einer Chemiefabrik unter Zugabe von Soda in Lithiumkarbonat umgewandelt. Laut U.S. Geological Survey kann von den vorhandenen drei Millionen Tonnen technisch bedingt nur noch etwa eine Million Tonnen gewonnen werden. Und das zum Preis einer „massiven Zerstörung des Sees“. 

Second Life

Sinkt die Ladekapazität der Batterie nach jahrelanger Nutzung unter einen akzeptablen Wert, bleiben zwei Möglichkeiten: Abgabe zum Recycling oder Weiterverwendung im sogenannten „Second Life“. Das bedeutet: Eine Batterie, die nicht mehr genug Ladekapazität für den Einsatz im E-Auto besitzt, kann an anderer Stelle weiterverwendet werden. Momentan kommt hier vor allem eine Nutzung als Puffer und Zwischenspeicher für Strom aus der heimischen Photovoltaikanlage in Frage. Im größeren Stil forscht das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg: Hier wird an der Nutzung von ausgedienten Batterien als stationärer Pufferspeicher für große Solar- und Windkraftanlagen gearbeitet. Allerdings stehen für ein Projekt in dieser Größenordnung bislang noch nicht genug ausgemusterte Batterien zur Verfügung.

Entsorgung und Recycling

Angesichts hoher Umweltbelastungen durch die Rohstoff-Bereitstellung und Herstellung, ist ein durchdachtes Recycling-Konzept für Batterien von höchster Wichtigkeit. Dazu Diplom-Physiker Julius Jöhrens vom Institut für Energie- und Umweltforschung (IFEU) in Heidelberg: „Vor allem die in den Batterien verwendeten Metalle sind bei ihrer Gewinnung und Verarbeitung mit Treibhausgas- und Schadstoffemissionen verbunden. Deshalb und auch aus ökonomischen Gründen ist es wichtig, baldmöglichst effiziente Recyclingverfahren für ausgediente Batterien zu entwickeln und zu etablieren.“

Die Machbarkeit des Verfahrens ist gegeben, es mangelt aber noch deutlich an ausreichenden Kapazitäten. Im niedersächsischen Langelsheim hat sich ein Tochterunternehmen von Rockwood Lithium (weltweit führender Hersteller von Lithiumverbindungen) auf das Recycling von Lithium-Ionen-Akkus spezialisiert. Dort werden derzeit fast ausschließlich Akkus aus Handys und Laptops recycelt. Das Unternehmen zeigt sich jedoch optimistisch für die Zukunft, wenn vermehrt ausgediente Batterien aus E-Autos zu erwarten sind. Rainer Aul, Leiter Recycling und Ressourcen, meint dazu: „Aus dem Kathodenmaterial von Lithium-Ionen-Akkus können wir das Lithium in so hoher Qualität wiedergewinnen, dass es wieder in neuen Batteriematerialien verwendet werden kann. Das gilt im Prinzip auch für Nickel- und Kobaltsalze.“

Quelle: stromschnell.de
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