Schaden Batterien unserer Umwelt mehr, als sie nutzen? (Teil 2: Rohstoffe und Recycling)

Energiespeicher für erneuerbare Energien gelten als die Lösung schlechthin zum Erreichen der Ziele der Energiewende. Doch wie ökologisch sind Solarspeicher wirklich? Im ersten Teil zum ökologischen Fußabdruck von Solarspeichern haben wir uns mit der CO2-Bilanz von Lithium-Ionen-Speichern beschäftigt. In diesem Teil geht es nun um die Zusammensetzung von Lithium-Ionen-Zellen, die Beschaffung der Rohstoffe und um das Recycling.

Lithium-Ionen-Akkus gibt es in verschiedenen Varianten

Genau genommen, sind Lithium-Ionen-Zellen eine Oberkategorie elektrochemischer Speicher auf Basis von Lithium-Ionen. Die Lithium-Ionen, die durch das Elektrolyt zwischen der Anode und der Kathode hin- und herwandern, sind ihre Gemeinsamkeit. Die Unterschiede liegen in der Zusammensetzung des Elektrolyts, der Anode und der Kathode. Dabei kommen verschiedene Materialien zum Einsatz, die für die verschiedenen Zellenarten namensgebend sind. Unterscheiden können wir unter anderem zwischen:

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

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. Lithium wird aber in einer Reinheit von 99,95% benötigt, um in Lithium-Ionen-Speichern verwendet werden zu können. Um diese Reinheit zu erreichen, wird die lithiumhaltige Lake gezielt verdampft. Dies hat negative Auswirkungen auf den Grundwasserspiegel.

Welche anderen Rohstoffe stecken in Lithium-Ionen-Zellen?

Solarspeicher auf Grundlage von Lithium-Ionen bestehen allerdings 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. Der Platzbedarf ist also enorm. Konsequenterweise ist der größte Tagebau der Welt die Kupfermine in Chuquicamata in Chile. Zudem 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.

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 sein. Lediglich an den Bedingungen beim Abbau lässt sich etwas verbessern – und es gibt die Möglichkeit des Recyclings.

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 ist geringer, sodass sich das Recycling auch ökonomisch lohnt. 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 und können daher als stationäre Solarspeicher weitergenutzt werden. Lediglich die benötigte Reichweite in der E-Mobilität können sie nicht mehr zur Verfügung stellen. Erst wenn die Zellen auch als Solarspeicher ausgedient haben, werden sie in ihre Bestandteile zerlegt und die Rohstoffe einer Wiederverwendung zugeführt. Nachteile haben PV-Betreiber dadurch nicht. 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% Rückgewinnungquote 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 natürlich sollte man einen Solarspeicher nur dann installieren, wenn er auch wirklich einen Nutzen hat. Denn nach wie vor gilt: Der beste Umweltschutz ist der direkte Verbrauch des produzierten Solarstroms.

Ein Kommentar zu „Schaden Batterien unserer Umwelt mehr, als sie nutzen? (Teil 2: Rohstoffe und Recycling)

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.