Ein zweites Leben für die Akkus der Elektroautos

Sinnbefreite PS-Monster waren gestern. Heute sind es smarte Elektroautos, die auf Autosalons im Rampenlicht stehen. Die Reichweiten steigen, die Ladezeiten werden praxistauglicher, und schon bald kommt eine neue Generation von preiswerteren Modellen auf den Markt, die wohl für den endgültigen Durchbruch der Elektromobilität sorgen wird. Die internationale Energieagentur schätzt, dass bis 2030 bis zu 140 Millionen Elektroautos weltweit unterwegs sind. Aber wird unsere Infrastruktur auch den Veränderungen gewachsen sein, die durch diese Mobilitätswende entstehen?

Neben den Fragen zu Ladestationen, Stromtransport und Rohstoff-Knappheit wird ein weiteres Problem auftreten, das den Herstellern schon heute gehöriges Kopfzerbrechen bereitet: Was passiert mit den massenhaft produzierten Energiezellen, wenn ihr Lebenszyklus abgelaufen ist?

Noch haben die Hersteller zu wenig Praxiserfahrung, um die Lebensdauer des Batterie-Pakets exakt einschätzen zu können, je nach Kilometerleistung liegen die Schätzungen zwischen sieben und zehn Jahren. Sicher ist, dass die Energiespeicher nicht ein gesamtes Autoleben durchhalten werden, also mindestens einmal ausgetauscht werden müssen. Ajay Kochhar, CEO des kanadischen Recycling-Start-ups Li-Cycle, geht davon aus, dass alleine bis 2030 elf Millionen Tonnen verbrauchte Lithium-Ionen-Akkus anfallen – was wir uns als LKW-Stau vorstellen dürfen, der von Zürich bis New York reicht.

Bisher ist es ja so, dass die Hälfte aller verkauften Geräte-Akkus einfach verschwindet – entweder im Hausmüll oder illegal als Elektronik-Schrott in Länder mit geringen Umweltstandards. So kann und darf es nicht weitergehen, kommen doch mit den inzwischen massenhaft verkauften E-Velos und E-Scootern viel grössere Gewichtsmengen als bei Kleingeräten in Umlauf. Und doch hinkt die rechtliche Situation derzeit schwer hinter dem Elektroboom her. So schreibt die EU bei Batterien eine Wiederverwertungsquote von nur 50 Prozent vor. In China werden die Autohersteller dagegen bereits für die Rücknahme und Aufarbeitung der Batterien verantwortlich gemacht.

Derzeit scheiden sich die Geister, ob alte Elektroautos als Sondermüll auf Rädern oder rollende Rohstoffminen betrachtet werden sollten. Dies werden wohl die Art und der Wirkungsgrad des Recycling-Prozesses entscheiden. Der ist jedoch eine komplizierte Sache, die weder einfach noch billig ist. Derzeit existieren erst Versuchsanlagen, in denen der Aufarbeitungsprozess optimiert werden soll. Der VW-Konzern, der bis 2030 22 Millionen Elektroautos bauen will, eröffnet nächstes Jahr eine Pilotanlage, in der 3000 Batterien pro Jahr aufgearbeitet werden sollen. Allerdings ist eine Steigerung der Kapazität geplant, heisst es.

Die Probleme beginnen bereits mit der Logistik. Lithium-Ionen-Batterien gelten als gefährlicher Sondermüll, der nur unter strengen Auflagen transportiert werden darf. Grund: Ohne den Schutz eines Behälters oder einer Karosserie sind Lithium-Ionen-Batterien brandgefährlich, bei Beschädigung treten Giftstoffe aus, und der Reststrom kann sogar zu Explosionen führen.

– Starkes Beschleunigen und langes Fahren mit hohen Tempos belastet die Akkus überdurchschnittlich.
– Auch beim Laden sind Extremzustände zu vermeiden. Der Ladebereich zwischen 20 und 80 Prozent sollte möglichst nicht verlassen werden.
– Ladungen mit wenig Ampere über lange Zeit gelten als am schonendsten. Eine Schnellladung zwischendurch erfrischt die Zellen.
– Batterien mögen weder Kälte noch extreme Hitze. Im Winter sollte ein E-Auto sofort nach der Fahrt geladen werden. Fahrzeuge sollten nicht in der prallen Sonne abgestellt werden.

Herkömmliches Recycling sieht heute eine Abtrennung des Gehäuses vor, danach werden die wertvollen Metalle Kobalt, Kupfer und Nickel in einem energieintensiven Hochofen-Verfahren abgetrennt. So lassen sich beispielsweise 95 Prozent des enthaltenen Kobalts zurückgewinnen. Gewinnbringend ist dieser Prozess trotzdem noch nicht, was sich aber mit der steigenden Rohstoff-Nachfrage ändern kann.

Ausserdem drückt das Schmelzverfahren auf die ohnehin gar nicht so weisse Emissionsweste der Elektromobilität. Das deutsche Institut für Energie- und Umweltforschung ermittelte bei Untersuchungen der Batterie-Produktion einen Ausstoss von rund 125 kg CO₂ pro Kilowattstunde Kapazität. Was bedeutet, dass der 80-kWh-Batterie-Satz eines Tesla Model S oder Mercedes EQC etwa zehn Tonnen CO₂ erzeugt – so viel, wie ein C-Klasse-Diesel auf 100 000 Kilometern ausstösst. Dazu kommen dann noch jene CO₂-Emissionen, die entstehen, wenn der Strom nicht aus nachhaltigen Energiequellen kommt.

Es gibt aber auch eine gute Nachricht, und die lautet: Nicht alle Elektroautobatterien sind nach dem Ende ihres Lebenszyklus unbrauchbar. Im besten Fall können sie sozusagen in Rente gehen, indem sie einer Zweitverwertung als stationäre Energiespeicher zugeführt werden.

Der Grund dafür liegt im stressigen Lebenswandel, dem so ein Batteriesatz im Verkehr ausgesetzt ist. Ständig hohe Energieflüsse durch Beschleunigung, aber auch durch Schnellladeverfahren sind Gift für die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit. Im Stationärbetrieb gehts dagegen vergleichsweise gemütlich zu, deshalb wird aufbereiteten Zellen in Energiespeichern für den Haushalt ein weiterer Lebenszyklus von bis zu zehn Jahren Lebensdauer zugetraut. Die Batteriepacks werden bis auf die einzelnen Zellen zerlegt und überprüft, bevor der Zusammenbau in neuer Verpackung erfolgen kann, die stylischen Kühlschränken meist zum Verwechseln ähnlich sieht.

Solche Heimspeicher bilden die perfekte Basis für autarkes Energiemanagement daheim. In Verbindung mit einer Fotovoltaikanlage auf dem eigenen Dach können so die Differenzen von Produktion und Verbrauch ausgeglichen werden, und der Strom muss nicht für wenig Geld ins Netz eingespeist werden. Der überschüssige Strom kann aber auch ins Elektroauto geladen werden, und man ist auch vor den Folgen eines Blackouts besser geschützt. Übrigens: Das Dach eines Einfamilienhauses kann unter optimalen Bedingungen Strom für 100 Kilometer täglich erzeugen. Für den Tagesbedarf einer vierköpfigen Familie werden mindestens 12 kWh Speicherkapazität benötigt, die billigsten Akkus mit dieser Leistung gibts derzeit für 7000 Franken. Mit dem Ausrangieren der ersten Generation der Elektroautos sollten die Preise deutlich sinken.

Ein aktueller Nissan Leaf oder VW e-Golf erreicht heute nahezu die doppelte Reichweite im Vergleich zur ersten Generation, was gut die Fortschritte in der Batterie-Entwicklung dokumentiert. Inzwischen scheint aber das Optimierungspotenzial bei der Lithium-Ionen-Technologie nahezu ausgeschöpft. Grosse Hoffnung setzen die Forscher beispielsweise in Lithium-Sauerstoff-Akkus, die in der Theorie eine doppelte Lebensdauer und eine Gewichtsreduktion des Batteriesatzes um 80 Prozent versprechen. Aber bis zur Praxisreife müssen noch viele Hürden überwunden werden.

Bis dahin gilts vor allem, den Kobaltanteil in den Batterien zu verringern. Bei einem Elektroauto-Boom könnte der Rohstoff schnell knapp und noch teurer werden, als er heute schon ist. Ausserdem befinden sich die grössten Vorkommen im Kongo und in Sambia, wo Umweltorganisationen immer wieder Kinderarbeit und kaschierte Kriegsfinanzierung aufdecken. Denn in einem Punkt sollten sich Befürworter und Skeptiker der Elektromobilität einig sein: Ein sauberes Umweltgewissen sollte weder bei der Produktion noch bei der Entsorgung einen schmutzigen Background haben.