Wohin mit den alten Akkus der E-Autos? Direkt recyceln oder als Second-Life-Batterien weiterverwenden? Folgt man aktuellen Analysen von Roland Berger, dann ist Recycling besser. Andere Studien widersprechen.
Die Lithium-Ionen-Batterie im Elektroauto hat eine endliche Lebenszeit. Doch was passiert am sinnvollsten mit den gebrauchten Akkus?
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Im Jahr 2050 könnten weltweit 80 Prozent aller neu zugelassenen Pkw mit alternativen Antrieben auf den Straßen unterwegs sein. Mit dem Zuwachs an elektrischen Fahrzeugen steigt auch der globale Bedarf an Batterien – mit notwendigen Jahreskapazitäten von bis zu 6.600 Gigawattstunden, wie Zahlen des Öko-Instituts, die im Rahmen des Forschungsprojektes "Fab4LiB" gewonnen wurden, belegen. 220 Gigafabriken seien notwendig, um diese Batteriemengen herzustellen.
Der steigende Bedarf an Lithium-Ionen-Akkus führt wiederum zu einem deutlichen Zuwachs der Nachfrage nach den für die Akku-Herstellung benötigten Schlüsselrohstoffen wie etwa Lithium, Kobalt und Nickel. Angesichts der aktuell bekannten globalen Reserven für Lithium (16 Millionen Tonnen), Kobalt (7,1 Millionen Tonnen) und Nickel (74 Millionen Tonnen) erwartet das Öko-Institut keine Verknappung dieser Rohstoffe. Jedoch könne es für einzelne Rohstoffe zu zeitlich begrenzten Engpässen kommen. Zudem gilt Kobalt als "schmutziger" Rohstoff. Über die Hälfte des weltweiten Kobalts kommt aus dem Kongo. In den Minen werden oft Kinder als billige Arbeitskräfte eingesetzt, berichtet Amnesty International. Darüber hinaus belastet die Kobalt-Förderung die Umwelt. Gründe genug also für Industrie und Wissenschaft, sich intensiv mit dem Recycling und der Wiederverwendung ausrangierter Lithium-Ionen-Akkus zu beschäftigen. Denn die Wiederverwertung bedeutet auch eine größere Unabhängigkeit von EU-externen Rohstofflieferanten.
End‐of‐Life‐Strategien für gebrauchte Lithium-Ionen-Akkus
Traktionsbatterien altern während ihrer Nutzung in Elektrofahrzeugen durch Lade- und Entladevorgänge sowie über die Zeit. Diese Alterungseffekte machen sich in einer sinkenden Reichweite sowie einer verringerten Beschleunigungswirkung und Ladeleistung des Fahrzeugs bemerkbar, sodass ein Austausch der Batterie nötig sein kann. Allerdings kann eine gebrauchte Traktionsbatterie häufig noch in anderen Szenarien zum Einsatz kommen.
Erreicht eine Batterie das Ende ihres automobilen Lebens, ergeben sich verschiedene Optionen, um mit der Batterie weiter zu verfahren, wie die Springer-Autoren Sebastian Bräuer und Alexander Stieger im Kapitel End-of-Life-Strategien für Traktionsbatterien aus dem Buch Umwidmung und Weiterverwendung von Traktionsbatterien erklären. Demnach werden im Rahmen sogenannter End‐of‐Life‐Strategien etwa die Instandsetzung der Batterien und ihre Wiederverwendung in einem automobilen Anwendungsszenario, die Umwidmung der Batterien und ihre Weiterverwendung außerhalb von Automobilen sowie die Rückgewinnung von Werkstoffen, also das Recycling, diskutiert. Doch wie sinnvoll sind die einzelnen Optionen?
Option Second Life
Etablierte Autohersteller arbeiten bereits an Vermarktungskonzepten für das zweite Leben der Batterie. Hierbei können die Batterien am Ende ihrer Lebensdauer zum Beispiel als stationäre Batterie zur Speicherung von erneuerbaren Energien verwendet werden. Das ist ein Geschäft mit hohen Gewinnmargen, wie die Analysten von Berylls Strategy Advisors in der Studie Batterie-Produktion – Heute und Morgen erklären, die Andreas Burkert in seinem Report Effizientes Recyceln von Traktionsbatterien aus der ATZ 9/2018 zitiert. Demnach prognostizieren die Analysten, dass bis 2032 voraussichtlich eine Batteriekapazität von mindestens 1.522 GWh an Gebraucht-Akkus anfalle, die für den Einsatz als Second-Life-Speicher zu Verfügung stehe. So es ist es nicht verwunderlich, dass Autohersteller wie Nissan, Renault, BMW, Daimler oder BYD an verschiedenen Projekten zum zweiten Gebrauch von Batterien als Energiespeicher arbeiten – teils als "Batteriefarm", teils als Heimspeicher.
Bestätigt werden derlei Projekte von der vom Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (VDE) durchgeführten Studie "Second-Life-Konzepte für Lithium-Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen" vom Februar 2016, die zu dem Schluss kommt, dass ein wirtschaftliches und ökologisches Potenzial für Second-Life-Konzepte besteht. Zwei besonders vielversprechende Möglichkeiten der Weiterverwendung sehen die Studienautoren in der Bereitstellung von Primärregelenergie und in der Verwendung als Hausspeicher in Verbindung mit Photovoltaikanlagen. Die Rentabilität dieser beiden Systeme lasse sich durch den Einsatz von Second-Life-Batterien erheblich steigern. Für die Bereitstellung von Primärregelleistung habe man nach 20 Jahren eine Erhöhung des Kapitalwerts um 33 Prozent, für Hausspeichersysteme eine Verbesserung um 26 Prozent feststellen können.
Recycling ist die bessere Wahl
Doch nicht alle Fachleute sind sich darin einig, dass die Weiterverwendung alter E-Auto-Batterien tatsächlich die beste Lösung darstellt. Das Forschungsinstitut Lux Research rät sogar zunächst vom "zweiten Leben" der Akkus ab. Das Recycling von Zellen aus den ersten Generationen der E-Batterien sei eine bessere Wahl, als sie in Energiespeichersystemen wiederzuverwenden, heißt es in einem Report von Lux Research vom November 2016. Mit der heutigen Technologie sei die Wiederverwertung alter Batterien für neue Materialien die wirtschaftlichere Option, um den größten Wert aus bestehenden Materialien zu schaffen. Das ist der Weg, den beispielsweise Tesla geht. Der Elektro-Autobauer setzt auf Recycling, da seine NCA-Kathoden (Kathodenmaterial: Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid) für die meisten stationären Speicheranforderungen nicht geeignet sind. Und Volkswagen baut am Standort Salzgitter, südwestlich von Braunschweig, eine Pilotanlage für Batterie-Recycling.
Die Analysten von Roland Berger favorisieren ebenfalls das Recycling von Batteriezellen, anstatt diese einer Zweitverwendung zuzuführen. Dafür sprächen unter anderem neue Recyclingmethoden und ökonomische Aspekte, wie Wolfgang Bernhart im Artikel Recycling von Lithium-Ionen-Batterien im Kontext von Technologie- und Preisentwicklungen aus der ATZelektronik 1/2-2019 erläutert. Dazu vergleicht Bernhart verschiedene Zellchemien und Rohstoffkonzepte. Er plädiert dafür, Standards zur Automatisierung der Demontage und die rasche Industrialisierung von Recyclingverfahren voranzutreiben. Denn die Chancen auf dem Recycling-Markt sind groß:
Bei einem Volumen von 1,8 Millionen t recycelter Batterien im Jahr 2030 (6 Millionen t in 2040), könnten 2030 250.000 t (was >20 % der LiB-Nachfrage entspricht) Aktivmaterial (Nickel, Cobalt, Mangan, Lithium) zurückgewonnen werden (850.000 t in 2040)", heißt es in dem Artikel.
Dadurch würden beim aktuellen Preisniveau Einnahmen in Höhe von drei bis sechs Milliarden Euro im Jahr 2030 beziehungsweise 20 bis 40 Milliarden Euro in 2040 erzielt.
Recycling oder Weiternutzung muss aber möglicherweise keine Entweder-Oder-Frage sein. Selbst Lux Research gibt zu bedenken, dass Innovationen in Bereichen wie Packaging und Testen in Zukunft ein Gleichgewicht bringen könnten, sodass Unternehmen Recycling und Wiederverwendung planen sollten. Der steigende Batterie-Bedarf durch die Elektromobilität macht auf jeden Fall eine geschlossene Recyclingkette erforderlich, denn auch bei Second-Life-Batterien ist die Leistung irgendwann so abgesunken, dass sie recycelt werden müssen.