Recycling Elektroauto-Akkus

Recycling-Elektroauto-Akku
Akku-Recycling-Elektroauto

EU-Vorgaben zu Akkus werden strenger 

Ende 2022 haben sich der Rat der Europäischen Union und das Europäische Parlament auf eine Verschärfung der Nachhaltigkeitsvorschriften für Batterien und Altbatterien geeinigt. Die entsprechende Verordnung wird voraussichtlich im ersten Halbjahr 2023 in Kraft treten. Die Verordnung sieht unter anderem vor, dass Industriebatterien, Starterbatterien und Antriebsbatterien eine Mindestmenge an recyceltem Material enthalten müssen. Ab 2030 betragen diese Mengen für Kobalt 16 Prozent, für Blei 85 Prozent, für Lithium sechs Prozent und für Nickel sechs Prozent. Ab 2035 werden die Mindestmengen für Kobalt (26 Prozent), Lithium (12 Prozent) und Nickel (15 Prozent) angehoben.

Die deutsche Bundesumweltministerin Steffi Lemke erklärt: "Batterien sind ein zentraler Baustein für eine erfolgreiche Energiewende. Sie speichern Energie für Elektroautos, Elektrogeräte oder aus Solaranlagen in Wohnhäusern. Doch Batterien enthalten auch wertvolle Rohstoffe und Schadstoffe. Was gut für den Klimaschutz ist, darf nicht zu mehr Raubbau an der Natur und Schäden in der Umwelt führen. In der EU wollen wir Batterien künftig so nachhaltig produzieren, lange nutzen und über Recycling im Kreislauf weiterführen."

Lithium-Ionen-Akkus in Elektroautos

Lithium-Ionen-Akkus in E-Autos stellen eine beeindruckende Technologie dar, doch ihre Lebensdauer ist begrenzt. Gewöhnlich erreichen sie nach etwa acht Jahren das Ende ihrer Nutzungsdauer. Derzeit stellt dies noch keine bedeutende Herausforderung dar, da die Anzahl der Elektroautos bisher eher gering ist. Wenn aber, wie von der deutschen Bundesregierung angestrebt, bis zum Jahr 2030 rund 15 Millionen Elektrofahrzeuge auf den deutschen Straßen unterwegs sein werden, ist spätestens ab Mitte der 2030er Jahren mit einer erheblichen Menge an verbrauchten Elektroauto-Batterien zu rechnen.

Das bloße Entsorgen dieser Akkus ist keinesfalls eine angemessene Herangehensweise. In einer typischen Batterie für Elektrofahrzeuge sind nämlich mehrere Dutzend Kilogramm wertvoller Materialien enthalten, wie beispielsweise Graphit, Kobalt, Nickel, Mangan und Lithium. In einer 400 kg schweren Batterie mit einer Kapazität von 50 kWh sind folgende Mengen enthalten: 33 kg Graphit, 12 kg Kobalt, 12 kg Nickel, 11 kg Mangan und 4 kg Lithium. Die Batterie macht nicht ohne Grund einen beträchtlichen Anteil des Kaufpreises eines Elektroautos aus, häufig etwa ein Drittel. Abgesehen vom reinen Materialwert sind die enthaltenen Komponenten nur in begrenzten Mengen vorhanden, müssen zumeist importiert werden und sollten daher sparsam verwendet werden.

Ein zweites Leben für Elektroauto-Batterien

Erfreulicherweise existieren zwei komplementäre Ansätze, um diesem Problem Herr zu werden. Einerseits können ausgediente Batterien aus Elektroautos einer Zweitverwendung zugeführt werden. Andererseits besteht die Möglichkeit, die Akkumulatoren in ihre Bestandteile zu zerlegen und sie weitestgehend wiederzuverwerten. Im Idealfall startet nach der Nutzung im Fahrzeug die zweite Lebensphase der Batterie, bevor sie schließlich recycelt wird. Theoretisch könnten Batterien in Elektroautos für Laufleistungen von über 500.000 Kilometern eingesetzt werden. Allerdings beträgt ihre Kapazität nach rund 160.000 Kilometern, das entspricht etwa acht Jahren, nur noch etwa 70 bis 80 Prozent. Dies beeinträchtigt die Reichweite des Elektroautos spürbar. Um das Fahrzeug weiterhin zu nutzen, wäre ein Batteriewechsel erforderlich.

Die alte Batterie ist aber keineswegs wertlos. Tatsächlich ist ihre Kapazität für stationäre Anwendungen noch vollkommen ausreichend. Dies liegt erstens daran, dass im stationären Einsatz keine Reichweitenprobleme für den Benutzer entstehen. Zweitens wird die Batterie weniger stark beansprucht als in einem Fahrzeug, in dem viel Energie zum Beschleunigen schnell abgerufen werden muss. In der Regel kann eine ausgediente Elektroauto-Batterie noch etwa 10 Jahre im stationären Einsatz verwendet werden.

Ein praxisnahes Anwendungsbeispiel ist die Nutzung vernetzter Batterien als Energiespeicher für Solar- und Windenergie, um das Stromnetz zu stabilisieren. Darüber hinaus können ausgediente Elektroauto-Batterien als Energiespeicher für Photovoltaikanlagen in Privathaushalten eingesetzt werden oder als Bestandteil von flexibel einsetzbaren Ladestationen dienen.

Gebrauchte Batterien bieten den Vorteil, kostengünstiger als neue Akkus zu sein und einen geringeren CO2-Fußabdruck aufzuweisen. Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung prognostiziert jedoch, dass lediglich ein kleiner Anteil der ausgedienten Antriebsbatterien tatsächlich ein zweites Leben erhalten wird. Dies liegt daran, dass viele Fahrzeugbesitzer aufgrund der Kosten für einen Batteriewechsel den Akku vermutlich so lange nutzen werden, bis seine Kapazität für Second-Life-Anwendungen nicht mehr ausreichend ist. Außerdem sind im Vergleich zu neuen Batterien höhere Ausfallraten und eine erhöhte Brandgefahr zu erwarten.

Recycling von Elektroautobatterien

Die Wiederverwertung von Elektroauto-Batterien ist technisch bereits realisierbar, und so sieht der Prozess aus: Um die in einer Batterie enthaltenen Materialien wiederverwenden zu können, müssen sie zunächst voneinander getrennt werden. Dies erfolgt in mehreren Schritten: Zuerst werden die Batterien manuell zerlegt, um Zugang zu den eigentlichen Batteriezellen zu erhalten. Im zweiten Schritt gibt es zwei grundlegend unterschiedliche Herangehensweisen:

Die derzeit am weitesten verbreitete Methode ist die thermische Verwertung. Hierbei werden die Batteriezellen bei hohen Temperaturen eingeschmolzen. Aus der entstandenen Schmelze können anschließend durch hydrometallurgische Prozesse Bestandteile wie Kobalt, Nickel und Kupfer zurückgewonnen werden. Mit dieser Methode sind aktuell Recycling-Quoten von bis zu 70 % erreichbar. Allerdings ist dieses Verfahren energieintensiv und erzeugt giftige Dämpfe, die aus der Abluft herausgefiltert werden müssen.

Die angewendeten Methoden müssen weiter optimiert werden, um sich an veränderte Batterie-Designs und chemische Zusammensetzungen anpassen zu können. Gemäß einer Studie des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung ISI wird das Volumen der zu recycelnden Lithium-Ionen-Altbatterien und Batteriekomponenten ab dem Jahr 2030 etwa 230 Kilotonnen pro Jahr betragen und ab 2040 rund 1.500 Kilotonnen pro Jahr. Mittelfristig werden Antriebsbatterien von Elektrofahrzeugen den größten Anteil dazu beitragen. Allerdings wird laut der Deutschen Rohstoffagentur bis 2030 noch Produktionsabfall den größten Anteil ausmachen.

"Um solche Recyclingmengen bewältigen zu können, müssen die Recyclingkapazitäten erheblich erweitert werden", erklärt Dr. Christoph Neef, der Koordinator der ISI-Studie. "Dazu wird in Europa Anlagentechnik benötigt, die je nach Marktwachstumsgeschwindigkeit und globalem Anteil europäischer Recyclingkapazitäten Investitionen von rund 6,6 Milliarden Euro bis 2040 erfordert."

In Europa gibt es derzeit etwa 50 Anlagen zum Recycling von Lithium-Ionen-Batterien, von denen sich 14 in Deutschland befinden. Auch Frankreich und Großbritannien sind mit jeweils fünf bzw. vier Anlagen in diesem Bereich recht aktiv. Die Recyclingkapazitäten der europäischen Anlagen liegen aktuell bei etwa 150 Kilotonnen pro Jahr.

Christoph Neef unterstreicht auch das Beschäftigungspotenzial des wachsenden Batterierecycling-Marktes: "Für die Versorgung der europäischen Recyclingindustrie sehen wir im Maschinen- und Anlagenbau ein globales Potenzial von etwa 570 Arbeitsplätzen bis 2030; bis 2040 könnten sogar rund 3.800 Arbeitsplätze entstehen." Daher könnte es für den europäischen Maschinen- und Anlagenbau sinnvoll sein, die Wettbewerbsposition auszubauen, um von den Beschäftigungspotenzialen dieses wachsenden Marktes zu profitieren.

Pilotprojekte zur Zweitverwendung von Elektroautoakkus

Derzeit sind Second-Life-Anwendungen im großen Maßstab noch rar, da die Anzahl der bereits ausgemusterten Batterien zu gering ist. Es existieren jedoch verschiedene Pilotprojekte, in denen Automobilhersteller und andere Unternehmen den Einsatz von Batterien aus zweiter Hand testen.

Ende 2022 haben der Fahrzeughersteller Audi und der Energieversorger EnBW in Heilbronn beispielsweise einen neuen Batteriespeicher in Betrieb genommen. Dieser besteht aus zwölf Hochvolt-Batteriesystemen, die aus demontierten Audi-Entwicklungsfahrzeugen stammen. In Kombination erreichen die Akkus eine Leistung von etwa einem Megawatt - ausreichend, um den Stromverbrauch von rund 3.000 Haushalten für eine Stunde zu decken. Die Anlage dient als Referenzobjekt für vier Projekte, die EnBW in naher Zukunft realisieren möchte.

Bereits 2016 haben der Fahrzeughersteller BMW, der Automobilzulieferer Bosch und der Energieversorger Vattenfall im Hamburger Hafen einen Großspeicher mit einer Kapazität von zwei Megawatt errichtet. Hierfür wurden rund 2.600 Batteriemodule aus mehr als 100 BMW-Elektrofahrzeugen miteinander verbunden. Der Speicher dient dazu, Schwankungen im Stromnetz auszugleichen.

Seit Juli 2023 baut ein Tochterunternehmen der Deutschen Bahn an verschiedenen Standorten Energiespeicher, die aus gebrauchten Batterien von Kia-Elektroautos bestehen. Ab 2023 beginnt die Serienproduktion von mehreren Hundert dieser Speicher. Sie sind für Unternehmen mit hohem Energiebedarf und einem Fokus auf erneuerbare Energien konzipiert.

Eine alternative Form der Zweitverwendung wurde von der Audi-Umweltstiftung in Zusammenarbeit mit dem gemeinnützigen deutsch-indischen Start-up Nunam entwickelt: Sie haben drei elektrische Rikschas konstruiert, die mit gebrauchten Batterien aus e-tron-Testfahrzeugen betrieben werden. Seit Anfang 2023 ermöglichen diese Rikschas insbesondere Frauen, ihre selbst hergestellten Produkte zu Märkten zu befördern und sie dort ohne Zwischenhändler zu veräußern.

Zukunft des Akku-Recyclings

Es gibt diverse Initiativen, die darauf abzielen, das Recycling von Elektroauto-Batterien noch effizienter zu gestalten. Im AdRecBat-Projekt beispielsweise, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt wird, arbeiten seit Februar 2023 Wissenschaftler an verschiedenen deutschen Instituten daran, Lithium-Ionen-Batterien so zu konzipieren, dass die verwendeten Materialien am Ende der Batterielebensdauer problemlos voneinander getrennt werden können.

Ein weiteres Projekt, das unter der Leitung der Volkswagen AG seit Juni 2022 durchgeführt wird, erforscht Methoden, die es ermöglichen, die wertvollsten Bestandteile von Antriebsbatterien durch Recycling sogar mehrfach zurückzugewinnen und erneut einzusetzen. Einer der Ansätze besteht in einer weitestgehend automatisierten Demontage von Batteriesystemen bis hinunter auf Zell- oder Elektrodenebene.


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