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2024 | OriginalPaper | Buchkapitel

2. Grundlagen für die zirkuläre Batterieproduktion in Europa

verfasst von : Christian Scheller

Erschienen in: Netzwerkbasierte Programmplanung der zirkulären Batterieproduktion in der Automobilindustrie

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

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Zusammenfassung

Ein umfassendes Verständnis auf Produkt-, Prozess- und Netzwerk- bzw. Marktebene ist essenziell für die netzwerkbasierte Produktionsprogrammplanung einer zirkulären Batterieproduktion, da nur so sichergestellt werden kann, dass problemadäquate Aggregationslevel gewählt und entscheidungsrelevante Restriktionen berücksichtigt werden.

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Fußnoten
1
Üblicherweise bezeichnet man die positive Elektrode als Kathode und die negative Elektrode als Anode, wobei dies nur während der Entladung der Batterie zutrifft.
 
2
Vgl. Leuthner (2018), S. 13–14; Rothermel et al. (2018), S. 5–11.
 
3
Elektrofahrzeuge umfassen Hybridfahrzeuge (HEV), Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEV), BEVs und Brennstoffzellenfahrzeuge. In allen genannten Fahrzeugen kommen LIBs zum Einsatz.
 
4
Vgl. Graf (2018), S. 30–35.
 
5
Vgl. Graf (2018), S. 46–48; Xu et al. (2020), S. 3.
 
6
Vgl. Graf (2018), S. 30–33. Bei NMC-LIBs wird üblicherweise das Verhältnis zwischen Nickel, Kobalt und Mangan angegeben. Zum Beispiel entspricht eine NMC622 einer Zusammensetzung von LiNi0,6Mn0,2Co0,2O2.
 
7
Vgl. Dunn et al. (2021), S. 5189; Graf (2018), S. 33.
 
8
Vgl. Kwade et al. (2018), S. 291.
 
9
Vgl. Kwade et al. (2018), S. 292.
 
10
Vgl. Harper et al. (2019), S. 78; Kwade et al. (2018), S. 292.
 
11
Vgl. Rothermel et al. (2018), S. 10–12.
 
12
Vgl. Wang et al. (2021), S. 1.
 
13
Vgl. Wang et al. (2021), S. 1–2; Yang et al. (2021), S. 177.
 
14
Vgl. Kwade et al. (2018), S. 291.
 
15
Vgl. Blömeke et al. (2022a), S. 5 basierend auf Knehr et al. (2022).
 
16
Das Aluminium des Zellgehäuses wird im BatPaC 5.0 nicht explizit ausgewiesen und ist in der Aluminiumfolie enthalten. Vgl. Blömeke et al. (2022a), S. 5.
 
17
Vgl. Bell et al. (2013), S. 352.
 
18
Bell et al. (2013) klassifizieren die natürliche Ressourcenknappheit nach der Verfügbarkeit bzw. Knappheit und der Erneuerbarkeit einer Ressource. Dabei ist Ressourcenknappheit abhängig vom Standort, wobei sie durch Quantität und Qualität des Angebots und der Nachfrage am jeweiligen Ort definiert wird. Im Falle von LIBs wird in der Regel eine besonders hohe Qualität gefordert, welche als „battery grade“ (dt. Batteriequalität) bezeichnet wird.
 
19
Henckens et al. (2016) unterscheiden in ihrer Arbeit die Ressourcenknappheit zwischen ökonomischer Knappheit und geologischer Knappheit. Die ökonomische Knappheit beschreibt dabei die Verfügbarkeit, welche durch äußere Einflüsse, wie politische Entscheidungen und Marktpreise, beeinflusst werden. Im Gegenzug dazu beschreibt die geologische Knappheit die physische Knappheit einer Ressource.
 
20
Vgl. Elkington (1997). In Deutschland wurde dieses Konzept erstmals durch die Enquete-Kommission „Schutz des Menschen und der Umwelt – Ziele und Rahmenbedingungen einer nachhaltig zukunftsverträglichen Entwicklung" etabliert. Vgl. Baumert et al. (1998), S. 17–23.
 
21
Vgl. Dunn et al. (2021), S. 5189.
 
22
Vgl. Graf (2018); Kwade et al. (2018), S. 292.
 
23
Vgl. Duffner et al. (2021), S. 1–3.
 
24
Vorkommen beschreiben alle bekannten Konzentrationen eines Rohstoffes in der Erdkruste, welche potenziell ökonomisch abbaubar sind. Reserven wiederum beschreiben den Teil der Vorkommen, welcher mit aktuellen Technologien ökonomisch abbaubar ist. Vgl. U.S. Geological Survey (2023), S. 205–206.
 
25
Vgl. U.S. Geological Survey (2023), S. 109.
 
26
Vgl. Lebrouhi et al. (2022), S. 4; Öko-Institut (2017), S. 37–39.
 
27
Lithiumkarbonat oder -hydroxid sind die notwendigen Ausgangsformen von Lithium für die Batterieproduktion.
 
28
Vgl. Lebrouhi et al. (2022), S. 4.
 
29
Vgl. BMW Group (2019); Volkswagen AG (2020a).
 
30
Vgl. Knehr et al. (2022); U.S. Geological Survey (2023), S. 108.
 
31
Vgl. Öko-Institut (2017), S. 47–48.
 
32
Vgl. U.S. Geological Survey (2023), S. 61.
 
33
Vgl. Öko-Institut (2017), S. 49–50.
 
34
Vgl. European Commission (2020), S. 21.
 
35
Vgl. U.S. Geological Survey (2023), S. 61.
 
36
Vgl. Lebrouhi et al. (2022), S. 5.
 
37
Vgl. Mercedes-Benz Group AG (2022); Volkswagen AG (2022).
 
38
Vgl. U.S. Geological Survey (2023), S. 61.
 
39
Vgl. Knehr et al. (2022); U.S. Geological Survey (2023), S. 60.
 
40
Vgl. da Silva Lima et al. (2022), S. 778; Öko-Institut (2017), S. 122.
 
41
Vgl. Lebrouhi et al. (2022), S. 9–10.
 
42
Vgl. U.S. Geological Survey (2023), S. 123.
 
43
Vgl. Lebrouhi et al. (2022), S. 10–11.
 
44
Vgl. Lebrouhi et al. (2022), S. 10–11.
 
45
Vgl. Knehr et al. (2022); U.S. Geological Survey (2023), S. 108.
 
46
Vgl. Öko-Institut (2017), S. 50–51.
 
47
Vgl. U.S. Geological Survey (2023), S. 83.
 
48
Vgl. Lebrouhi et al. (2022), S. 7–8.
 
49
Vgl. Knehr et al. (2022); U.S. Geological Survey (2023), S. 108.
 
50
Vgl. Öko-Institut (2017), S. 51.
 
51
Vgl. Lebrouhi et al. (2022), S. 8.
 
52
Vgl. Öko-Institut (2017), S. 51.
 
53
Vgl. Europäische Union (2019).
 
54
Eine Analyse des Einflusses von technischen und politischen Maßnahmen auf die Flottenemission und Marktdiffusion von EVs geben Kieckhäfer et al. (2023). Es zeigt sich, dass technische Maßnahmen sowie eine Außerbetriebnahme von ICEVs eine deutliche Reduktion der THG-Emissionen bewirken.
 
55
Vgl. Europäische Kommission (2023b).
 
56
Vgl. Umweltbundesamt (2023).
 
57
Batteriemodell im Sinne der Verordnung (EU) 2023/1542: „eine Version einer Batterie, bei der sämtliche Einheiten die gleichen technischen, für die Nachhaltigkeits- und Sicherheitsanforderungen sowie die Kennzeichnungs- und Informationsanforderungen gemäß dieser Verordnung relevanten Merkmale und die gleiche Modellkennung aufweisen“.
 
58
Vgl. Blömeke et al. (2022a), S. 10–11.
 
59
Ein Beispiel stellt die deutsche Förderrichtlinie (BAnz AT 09.12.2022 B1) zur Förderung des Absatzes von elektrisch betriebenen Fahrzeugen (Umweltbonus) vom 17. November 2022 dar.
 
60
Vgl. Deloitte (2022), S. 7. Den Einfluss der Kundenpräferenz und -entscheidung auf die Marktdiffusion untersuchen Kieckhäfer et al. (2014). Es zeigt sich, dass eine Vernachlässigung des Einflusses der Kundenentscheidungen zu falschen Prognosen hinsichtlich der Marktdiffusion führt.
 
61
Vgl. Deloitte (2023), S. 5.
 
62
Eigene Darstellung mit Daten von European Alternative Fuels Observatory (2023); European Automobile Manufacturers’ Association (2023); International Energy Agency (2023). Das STEP-Szenario („Stated Policies Scenario“) beschreibt eine konservative Prognose hinsichtlich der Nachhaltigkeit für die Entwicklung. Das AP-Szenario („Announced Pledges Scenario“) beschreibt das Erreichen der von den Staaten ausgegebenen Nachhaltigkeitszielen. Die eigene Prognose basiert auf Vergangenheitswerten und nutzt eine logistische Kurve. Dazu wird eine Regression genutzt, welche den kumulativen absoluten Fehler zwischen den Jahren 2008 und 2022 minimiert (siehe Abschnitt 5.​2).
 
63
Z. B. Thies et al. (2018).
 
64
Z. B. Baars et al. (2021); Xu et al. (2020).
 
65
Vgl. Europäische Union (2023), S. 28–29.
 
66
Vgl. Scheller et al. (2022); Soldan et al. (2023).
 
67
Vgl. Europäische Union (2023), S. 31; International Energy Agency (2023), S. 121–122.
 
68
Vgl. International Energy Agency (2022), S. 28.
 
69
Vgl. Kirchherr et al. (2017), S. 223–224.
 
70
Vgl. Albertsen et al. (2021).
 
71
Vgl. Kwade et al. (2018), S. 290–291.
 
72
Vgl. Kwade et al. (2018), S. 292.
 
73
Vgl. Kwade et al. (2018), S. 292–294.
 
74
Vgl. Kwade et al. (2018), S. 294.
 
75
Vgl. Kwade et al. (2018), S. 294–295.
 
76
Vgl. Kwade et al. (2018), S. 295.
 
77
Gesetz zur Änderung des Europäischen Übereinkommens vom 30. September 1957 über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße (ADR) vom 5. Juli 2021.
 
78
Vgl. Volkswagen AG (2020b).
 
79
Vgl. Albertsen et al. (2021), S. 5.
 
80
Vgl. Hendrickson et al. (2015), S. 6.
 
81
Vgl. Albertsen et al. (2021), S. 4.
 
82
Vgl. Albertsen et al. (2021), S. 5.
 
83
Vgl. Albertsen et al. (2021), S. 4; Dunn et al. (2023), S. 3.
 
84
Vgl. Blömeke et al. (2022a), S. 2–3; Doose et al. (2021), S. 3–4.
 
85
Vgl. Ciez & Whitacre (2019), S. 154.
 
86
Vgl. Duesenfeld (2023).
 
87
Vgl. Diekmann et al. (2017), S. A6186.
 
88
Vgl. Blömeke et al. (2022a), S. 6; Hanisch et al. (2018).
 
89
Vgl. Doose et al. (2021), S. 7.
 
90
Vgl. Doose et al. (2021), S. 6–7.
 
91
Vgl. Fleischmann et al. (2015), S. 77–79; Rohde et al. (2000), S. 10.
 
92
Vgl. Albertsen et al. (2021), S. 5; Harrison (2021).
 
93
Vgl. Fraunhofer IAO et al. (2012), S. 36.
 
94
Vgl. PowerCo SE (2023).
 
95
Vgl. Automotive Cells Company SE (2023).
 
96
Vgl. Harrison (2021), S. 87–93.
 
97
Vgl. Harrison (2021), S. 53.
 
98
Vgl. Albertsen et al. (2021), S. 5.
 
99
Z. B. Duesenfeld (2023); Volkswagen AG (2021).
 
100
Z. B. Accurec Recycling (2023).
 
101
Z. B. Umicore (2023).
 
102
Vgl. Albertsen et al. (2021), S. 5.
 
103
Vgl. PowerCo SE (2023).
 
104
Vgl. Harrison (2021), S. 53.
 
105
Vgl. PowerCo SE (2023); Tesla (2023); Volkswagen AG (2020b).
 
106
Vgl. Tesla (2023).
 
107
Vgl. PowerCo SE (2023).
 
108
Vgl. Automotive Cells Company SE (2023).
 
109
Vgl. Blömeke et al. (2022a).
 
110
Vgl. CleanTechnica (2023); Harrison (2021).
 
Metadaten
Titel
Grundlagen für die zirkuläre Batterieproduktion in Europa
verfasst von
Christian Scheller
Copyright-Jahr
2024
Buch
Netzwerkbasierte Programmplanung der zirkulären Batterieproduktion in der Automobilindustrie

Print ISBN: 978-3-658-46236-9

Electronic ISBN: 978-3-658-46237-6

Copyright-Jahr: 2024

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-46237-6_2

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