Elektroautos: Wie stark belasten die Batterien die E-Auto-Ökobilanz?

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Elektroautos gelten als die umweltfreundlicheren Autos – aber sind sie das wirklich? Sie verpesten zwar nicht die Luft, dafür haben sie ein Bauteil, das bislang so gar nicht klimafreundlich ist: die Batterie.

Elektroautos haben jede Menge Vorteile: Sie fahren emissionsfrei, stoßen keine schädlichen Stickoxide aus und sind außerdem besonders leise im Straßenverkehr unterwegs. Kein Wunder also, dass die Nachfrage nach Elektroautos stetig wächst. Immer mehr Autobauer haben sich auf die kommende Verkehrswende eingestellt und produzieren Autos mit elektrischem Antrieb – manche sogar ausschließlich.

Doch so erfreulich die steigende Popularität von Elektroautos und die Abkehr vom Verbrennungsmotor auch ist: Wirklich klimafreundlich kann man E-Autos bislang noch nicht nennen – selbst wenn man (so wie wir) gerne würde. Die Fahrzeuge haben nämlich einen grundlegenden Haken, der ihre Ökobilanz stark verschlechtert: die Lithium-Ionen-Batterien.

Elektroauto-Batterien benötigen knappe Rohstoffe

Die Batterien sind gleich aus mehreren Gründen problematisch. Zum einen beinhalten sie Rohstoffe wie Lithium und Kobalt – die weltweiten Reserven dieser Materialen sind jedoch begrenzt. Beide sind auch aus anderen Gründen umstritten: Der Abbau von Lithium aus Minen benötigt extrem viel Wasser und ist mit hohen Umweltbelastungen verbunden, alternativ kann der Rohstoff auch aus Seen mit hohem Lithium-Vorkommen gewonnen werden. Bei Kobalt (das auch in Smartphones steckt) stehen vor allem – aber nicht nur – die Abbaubedingungen in der Kritik, die oft mit Kinderarbeit einhergehen. Hier liest du mehr: Kobalt: Das solltest du über den Abbau des Rohstoffs wissen

Diese Rohstoffe stecken in einem Elektroauto-Akku von 50 kWh, so der ADAC vor einem halben Jahr:

  • 6 kg Lithium
  • 10 kg Mangan
  • 11 kg Kobalt
  • 32 kg Nickel
  • 100 kg Graphit

Das nächste Problem entsteht, wenn das Elektroauto einmal ausgedient hat. Was passiert dann mit dem Akku und den Fahrzeugteilen?

Eine Elektroauto-Batterie wiegt mehrere hundert Kilo

Elektroauto Ladestation Tankstelle
Ein Elektroauto an einer Ladestation. Allein die Batterie wiegt mehrere hundert Kilo. (Foto: Utopia / Ch.Schwarzer)

Schon jetzt sind weltweit mehrere Millionen Elektroautos unterwegs, Tendenz steigend. Jedes dieser Autos fährt eine mehrere hundert Kilogramm schwere Batterie mit sich herum.

Zwar sind die Batterien relativ langlebig: Der Akku eines Elektroautos sollte nach acht Jahren noch mindestens 80 Prozent seiner Leistungsfähigkeit besitzen. Unendlich oft aufladen lassen sich aber auch diese Mega-Batterien nicht – früher oder später müssen auch sie entsorgt werden. Leider ist das nicht so leicht, wie eine normale Autobatterie zu entsorgen.

Lange Zeit hatten selbst hochentwickelte Recycling-Verfahren Schwierigkeiten damit, reines Lithium wiederzugewinnen. Glücklicherweise hat sich inzwischen einiges getan: Laut Fraunhofer-Institut hat sich zumindest das Recycling von kleinen Lithium-Ionen-Akkus bereits etabliert, und es existieren auch Unternehmen, die Akkus von E-Autos recyceln. In der Praxis kann auch das Lithium zurückgewonnen werden:

Kupfer, Kobalt und Nickel werden aus den (…) Modulen / Zellen zurückgewonnen. Das Lithium wird in einem Folgeprozess durch einen Lithiumverarbeiter gewonnen. Gehäuse (Kupferkabel, Stahl, Kunststoff etc.) und Elektronik (Leiterplatten) werden ebenfalls in separaten Prozessen behandelt.

Faktencheck des Fraunhofer Instituts

Unklar ist jedoch, ob die Rückgewinnung auch wirtschaftlich sinnvoll ist. „Der Ertrag beim Batterierecycling liegt bei 210 bis 240 Euro pro Tonne“, so die Experten des Fraunhofer-Instituts. Doch genau genommen bringen nur Aluminium, Stahl und Kupfer den Recycling-Unternehmen Geld ein. In Europa gibt es bislang nur 16 Firmen an 27 Standorten, die Lithium-Ionen-Akkus recyceln. Dennoch bleibt Recycling wichtig, da nur so die Nachfrage nach Primärrohstoffen reduziert und auf diesem Weg die Umwelt geschont werden kann.

Ein weiteres Problem: Bisher gibt es kaum Akkus von E-Autos, die in wirklich großem Maßstab recycelt werden könnten. Damit sich das Recycling ökologisch und ökonomisch lohnt, müsste es deshalb eigentlich deutlich mehr E-Autos geben – wohin der Trend ja auch geht. Bisher sind auch die Anforderungen an das Recycling sehr gering: In Europa muss 50 Prozent des Akkus recycelt werden. Dies wird bereits mit Gehäusen und Komponenten erreicht, so die Kritik. Strengere Regeln könnten hier Druck machen.

Der Elektroauto-Akku als Stromspeicher

Akku-Recycling könnte aber auch anders funktionieren: Den E-Auto-Batterien kann nämlich ein zweites Leben als Stromspeicher geschenkt werden, so das Fraunhofer-Institut. Denn auch wenn die Riesen-Akkus nur noch über 70 oder 80 Prozent Energieinhalt verfügen, sind sie eine wertvolle Ressource. Im stationären Betrieb können sie als Stromspeicher dienen und noch 10 bis 12 Jahre Verwendung finden, so Schätzungen.

Denn als stationäre Stromspeicher sind die Akkus nicht dem gleichen ‚Stress‘ ausgesetzt, den sie im Auto erfahren, das beschleunigt und rekuperiert (d.h. Energie beim Bremsen rückgewinnt) und damit die Energieträger belastet. Beispielsweise gibt es beim BMW-Werk in Leipzig eine Anlage mit ca. 700 alten E-Auto-Akkus, die zusammengeschaltet wurden. Sie stellen einen Puffer für die von BMW erzeugte Wind- und Solarenergie dar. Der Autohersteller nutzt diesen Strom für seine Produktion.

Auch im Hamburger Hafen steht ein Stromspeicher aus alten E-Auto-Akkus, um Schwankungen im Hamburger Stromnetz auszugleichen. Die Akkus passen in zwei Schiffscontainer und haben eine Kapazität von zwei Megawatt. Und auch das Fußballstadion von Ajax Amsterdam nutzt 590 E-Auto-Akkus, um Fußballspiele mit Öko-Strom zu beleuchten. Am Tag produzieren die Photovoltaikanlagen am Stadion den Strom im Idealfall selbst.

Nissan-Leaf-Batterie
Die (halb) freigelegten Batterie-Blöcke eines Nissan Leaf. (CC BY-SA 3.0 / Wikimedia Commons / Tennen-Gas)

Die Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FFE) sieht noch mehr Potenzial: So können die Akkus auch als Pufferspeicher für Einfamilienhaushalte dienen, die eine Solaranlage auf dem Dach haben. Auch zur Notstromversorgung würden sie sich eignen.

Trotz dieser vielen Möglichkeiten ist das „Second Life“ für E-Auto-Akkus umstritten. Einige Experten meinen, dass die Ressourcengewinnung wirtschaftlicher sei als die Zweitnutzung. Denn nicht alle Akkus seien auch wirklich für eine stationäre Nutzung geeignet. Die Tesla-Akkus beispielsweise nicht; Akkus von BMW hingegen haben offenbar keine Probleme damit. Eine geschlossene Recyclingkette ist aber in jedem Fall anzustreben, denn selbst die stationären Akkus sind eines Tages nicht mehr zu gebrauchen – ihre Rohstoffe aber schon.

Batterien werden kleiner und leistungsstärker

Nicht nur beim Akku-Recycling tut sich etwas, auch bei der Produktion neuer Batterien gibt es immer wieder Fortschritte. Zu bedenken ist, dass wir seit über hundert Jahren den Verbrennungsmotor weiterentwickeln, während es kaum Weiterentwicklungen an der Auto-Batterie gab – weil bisher kaum Nachfrage bestand.

Forscher arbeiten schon länger daran, kleinere und leistungsstärkere Batterien zu entwickeln, die mit weniger oder anderen Rohstoffen auskommen. Auch auf diesem Gebiet gibt es bereits Fortschritte. Heutige Akkus in Elektroautos weisen bereits eine deutlich höhere Energiedichte auf als die ihrer Vorgänger.

Das Tesla Model S. Tesla ist einer der Vorreiter in der Elektroauto-Branche. (© Tesla)

Andere Materialien für Elektroauto-Batterien?

Weitere Versuche zielen deshalb darauf ab, in den Batterien andere, weniger problematische Materialien als Lithium oder Kobalt einzusetzen. Die koreanischen Firmen Samsung SDI and LG Chem haben beispielsweise Netzteile entwickelt, die einen höheren Anteil an Nickel und dafür weniger Kobalt enthalten.

Das US-amerikanische Unternehmen EnZinc arbeitet derzeit an einer speziellen Nickel-Zink-Batterie. Vor allem Zink ist ein Rohstoff, der noch reichlich vorhanden ist und sich deutlich besser recyceln lässt als etwa Lithium. Wissenschaftler schreiben ihm viel Potenzial zu.

Unternehmen investieren in Forschung

Auch viele Universitäten weltweit forschen nach Lösungen für das Akku-Problem. Immer wieder gibt es neue Konzepte, etwa Batterien mit Magnesium statt Lithium, bioelektrochemische Batterien oder sogenannte Redox-Flussbatterien, um nur einige Beispiele zu  nennen.

Elektroauto-Mythen widerlegt

In der Vergangenheit gab es immer wieder heftige Kritik, die auch andere Aspekte der Elektroauto-Batterie betrafen: So würden bei der Produktion des Akkus so viele CO2-Emissionen anfallen, dass die E-Autos nicht klimafreundlicher wären. Die Autoren haben aber inzwischen noch einmal nachgerechnet und ihre Aussage revidiert (PDF). Demnach fallen weniger schädliche Klimagase an als vielfach angenommen.

Auch dass die Herstellung eines Akkus Unmengen an Wasser verbrauche, ist inzwischen widerlegt: So verdunstet für ein 64 kWh-Akku etwa so viel Wasser, wie für ein Stück Rindfleisch von 250g oder eine halbe Jeans nötig ist.

Utopia meint: Bislang ist die Lithium-Ionen-Batterie an Elektroautos noch ein Wermutstropfen – aber nur noch ein kleiner. Denn das Recycling ist möglich, nur fehlt noch die nötige Anzahl an E-Autos auf den Straßen, um es in großem Stil umzusetzen. Auch alternative Nutzungskonzepte existieren bereits.

Wir gehen davon aus, dass sich in diesem Bereich auch weiterhin einiges tun wird. Viele der großen Auto- und Technikunternehmen investieren Millionenbeträge in die Forschung und Entwicklung neuer Batterie-Konzepte – und zwar branchenübergreifend. Egal ob für technische Kleingeräte wie Smartphones und Laptops oder für Elektro-Fahrzeuge – die Technikbranche braucht leistungsstarke Batterien und will sich gleichzeitig von konfliktreichen Rohstoffen lösen. Wenn sich alle Rohstoffe aus den Batterien recyceln lassen, können sie nach dem Prinzip der Kreislaufwirtschaft wieder in neuen Batterien eingesetzt werden.

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(3) Kommentare

  1. Eine Ergänzung zu dem interessanten Artikel. In Südkorea gibt es die weltweite erste Recycling-Anlage für Lithium aus Lithium-Ionenakkus. Der Stahlhersteller Posco hat Anfang dieses Jahr eine Anlage erichtet, mit der es möglich ist Lithiumcarbonat durch Elektrodialyse wirtschaftlich zu gewinnen. Übrigens wendet das Unternehmen auch diese Methode an um Lithium aus Salzlagerstätten zu gewinnen. Bisher müssen Salzseen durch lange Verdunstprozesse aufkonzentriert werden.