shineHub LoginshineSmart LoginCommunity Loginemail: [email protected] or tel: +49 89 716 802 877 Monday - Friday, 9am - 12pm

Ohne Batterien und Akkus ist die Energiewende nicht zu schaffen. Doch wie ökologisch sind Akkus und Batterien wirklich? In einem vorherigen Text haben wir uns mit der CO2-Bilanz von Lithium-Ionen-Speichern beschäftigt. In diesem Text geht es um die Zusammensetzung von Lithium-Ionen-Zellen, die Beschaffung der Rohstoffe und um das Recycling alter Zellen.

In jedem Lithium-Ionen-Akku stecken wertvolle Rohstoffe

Genau genommen sind Lithium-Ionen-Zellen eine Oberkategorie elektrochemischer Speicher auf Basis von Lithium-Ionen. Wird ein elektrischer Verbraucher angeschlossen oder der Akku geladen, dann wandern Lithium-Ionen durch ein Elektrolyt zwischen der Anode und der Kathode hin und her. Die Anode, die Kathode und das Elektrolyt bestehen aus unterschiedlichen Materialien, je nach Art des Lithium-Ionen-Speichers. Unterschieden wird unter anderem zwischen:

 

  • Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien
  • Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid-Batterien
  • Lithium-Nickel-Aluminium-Kobaltoxid-Batterien

In allen diesen Batterien befinden sich Metalle wie Cobalt oder eben Lithium, die irgendwo abgebaut und am Ende recyclet werden müssen.

Woher kommt Lithium?

Alle Lithium-Ionen-Speicher enthalten Lithium. Es handelt sich dabei um ein Alkalimetall, das in der Natur nicht in reiner Form vorkommt. Dies liegt daran, dass es sehr reaktiv ist und bereits in einer normalen Zimmeratmosphäre mit der Luft und der darin enthaltenen Feuchtigkeit reagiert. Ein Großteil des Lithiums kommt aus dem sogenannten Lithium-Dreieck in Südamerika. Bolivien, Argentinien und Chile verfügen über die größten Vorkommen.

In der Natur kommt Lithium vor allem in Salzlake vor. Große Vorkommen finden sich deshalb zum Beispiel in Salzseen, in denen das Lithium allerdings nur in einer geringen Reinheit von unter zwei Prozent zu finden. Für Batterien wird Lithium aber in einer Reinheit von 99,95% benötigt. Um diese Reinheit zu erreichen, wird die lithiumhaltige Lake gezielt in großen Becken verdampft. Dies hat negative Auswirkungen auf den Grundwasserspiegel.

Welche anderen Rohstoffe stecken in Lithium-Ionen-Zellen?

Solarspeicher auf Grundlage von Lithium-Ionen bestehen nur zu einem geringen Teil von 2 – 3% aus Lithium. Weitere wertvolle Bestandteile einer Lithium-Ionen-Zelle sind:

  • Aluminium (5%)
  • Kupfer (7%)
  • Kobalt und Mangan (15 – 20%)

Aluminium wird in Form von Bauxit abgebaut und in einem mehrstufigen Verfahren und unter hohem Energieeinsatz weiterverarbeitet. Allerdings lässt es sich mit relativ geringem Energieaufwand recyclen. Nur 5% der Energie für die Erstgewinnung sind hierfür notwendig. Kupfer wird im Tagebau gewonnen und liegt dort in einer geringen Konzentration von 1,5 – 2% vor. In Kupferminen werden deshalb riesige Erdmassen bewegt, was entsprechende Konsequenzen für die Natur in der Abbauregion hat. Der größte Tagebau der Welt ist die Kupfermine in Chuquicamata in Chile. Darüber hinaus ist der Wasserverbrauch bei der Kupfergewinnung sehr hoch. Kobalt wird zusammen mit Kupfer abgebaut und hat somit die gleichen ökologischen Auswirkungen. Zudem kommt Kobalt oft aus politisch instabilen Ländern, weshalb Batteriehersteller ständig nach Alternativen suchen. Eine davon ist Mangan, das in zahlreichen Regionen der Erde in großen Mengen verfügbar ist und zumindest unter faireren Bedingungen zu gewinnen ist.

Alle diese Rohstoffe müssen mit großem Energieeinsatz abgebaut, verfeinert und transportiert werden. Gerade der Erzabbau verschlingt dabei viel Raum und Wasser. Ein Lithium-Ionen-Speicher kann deshalb gar nicht ökologisch neutral sein. Lediglich an den Bedingungen beim Abbau lässt sich etwas verbessern. Und ein weiterer Gedanken drängt sich auf: Warum nicht alte Batterien recyclen, um die wertvollen Rohstoffe zurückzugewinnen?

Second Life: Solarspeicher aus alten E-Auto-Zellen

Aluminium, Kobalt, Kupfer und Mangan lassen sich vergleichsweise leicht recyclen. Viele Umweltschäden, die beim ersten Abbau der Rohstoffe entstehen, lassen sich auf diesem Weg vermeiden. Auch der Energieeinsatz beim Recycling ist geringer als beim Erstabbau. Große Stromspeicher wie die in Elektroautos können vor ihrer Zerlegung in die einzelnen Bestandteile noch ein zweites Leben bekommen. Das sogenannte „Second Life“ für die Batterie ist möglich, da die Zellen bereits bei 70 – 80% der ursprünglichen Kapazität als Verschleißobjekt in E-Autos gelten. Dabei sind die Zellen an sich nicht technisch defekt. Einzig für die hohen Anforderungen an die Kapazität in der Elektromobilität reichen sie nicht mehr aus, weil sich das Gewicht-Kapazitäts-Verhältnis stark auf die Reichweite auswirkt.

Bei fest installierten Batterien, zum Beispiel als Solarspeicher, spielen Größe und Gewicht hingegen nur eine kleine Rolle. Einige Autohersteller planen deshalbt, alte Batterien aus ihren E-Autos aufzubereiten und in Solarspeichern für zu Hause zu verbauen. Auswirkungen auf die Qualität der Speicher hat dies nicht. Gebrauchte Zellen sind noch immer so gut wie neue Zellen – einzig das Verhältnis zwischen Masse und Kapazität hat sich verändert. Beispielsweise plant Nissan, die aus seinem E-Auto „Leaf“ ausgebauten Zellen aufzubereiten und als Solarspeicher anzubieten. Das ist gut für das Geschäft und für die Umwelt.

Recycling von alten Batteriezellen

Es gibt bereits Prozesse zur Wiedergewinnung von Lithium, allerdings lohnt sich dies bei den derzeitigen Beschaffungspreisen noch nicht. Deswegen wird es in Lithiumverbindungen in der Betonindustrie weiterverwendet. Bei den wertvolleren Metallen wie Kobalt, Kupfer und Aluminium lohnt sich das Recycling bereits. Eine der bereits praktizierten Methoden setzt die Materialien hoher Hitze aus (UHT-Prozess). Hierdurch können die einzelnen Metalle voneinander getrennt werden. Am Ende entstehen bei diesem Verfahren weniger Rückstände, als es die 50% Rückgewinnungsquote der EU fordert. Die Verfahren sind also effizient und lohnen sich, weshalb unter anderem Tesla auf das Recycling von gebrauchten Speicherzellen setzt.

Den größten Beitrag zur Umwelt könnt ihr leisten, wenn ihr gezielt auf hochwertige Solarspeicher setzt. Je nach Produktionsbedingung schwankt die Qualität von Lithium-Ionen-Zellen deutlich und je länger eine Batterie genutzt wird, desto besser ist ihre Energiebilanz.