Cedric Reichel – Selten wurden sich von einer neuen Technologie so viele Lösungen für mannigfaltige Probleme versprochen wie von der E-Mobilität. Ich will in diesem Artikel jedoch nicht auf das Problem des Individualverkehrs sowie der Infrastrukturbereitstellung eingehen, sondern mich auf das Herzstück konzentrieren: Die Batterie. Der Grund, warum E-Autos nämlich nicht viel früher massentauglich wurden, lag in der fehlenden Reichweite der Akkus, der vergleichsweise teureren Herstellungskosten und dem Gewicht der Autos. Elektroautos gab es nämlich bereits vor über hundert Jahren. Seit ein paar Jahren wird jetzt die neue Generation der Elektroautos, mit ausgelöst durch die Oberklassenautos des Branchenprimus Tesla, als Antreiber einer Verkehrswende und in hohem Maße auch als Heilsbringer für die angestrebte Reduzierung der CO2-Emission auf Null im Jahr 2050 verklärt.
Das Elektroauto hat auf den ersten Blick tatsächlich einige sehr verlockende Vorteile, die gerade in der derzeitigen Klimadebatte täuschen können. So gilt dieLebensdauer eines Elektromotors – abgesehen vom Akku, der nach einer gewissen Zeit ausgetauscht werden muss – als deutlich länger als die eines Verbrennungsmotors. Demnach könnten diese Fahrzeuge länger fahren, sie hätten weniger Verschleiß durch bewegliche Teile – so fällt z.B. das Getriebe komplett weg – und werden seltener verschrottet. Die Kernargumentation pro E-Auto liegt natürlich in der geringeren Belastung der Umwelt durch CO2-Emissionen und Abgase. Eine bessere Luft wünschen wir uns sicherlich alle. Die Feinstaubbelastung ist bei einem E-Auto durch den Wegfall der Abgase zwar auch reduziert, allerdings sind Bremsen, Reifen und Straßenabrieb sowie die Aufwirbelung von Staub auf dem Asphalt dennoch für einen großen Teil verantwortlich. Ähnlich verhält es sich mit dem Verkehrslärm, der bei E-Autos natürlich geringer ist als bei brummenden Benzinern. Dennoch wird sich der Autolärm, gerade an schnell befahrenen Straßen, weitaus weniger reduzieren als erhofft, da der Anteil des Motors an der Geräuschkulisse bei erhöhter Geschwindigkeit reziprok zum Lärm des Fahrtwindes abnimmt.
Von der zunehmenden Elektromobilität wird sich in vielen westlichen Ländern auch eine Abkehr der Abhängigkeit von ölfördernden Staaten erhofft, in welchen die schlechte Lage der Menschenrechte aus westlicher Sicht oft Grundlage für die Kritik an der Zusammenarbeit ist.
Dass der Verbrennungsmotor sukzessive aus dem Stadtbild verschwinden und damit einhergehend der CO2-Ausstoß, die Luft- und Lärmverschmutzung reduziert werden sollen, kann nur begrüßt werden. Auch ist seit Längerem bekannt, dass die Reserven der derzeit genutzten fossilen Brennstoffe Erdgas und Erdöl in spätestens 40 bis 60 Jahren erschöpft sind. Allerdings muss bezweifelt werden, ob die E-Mobilität in ihrer derzeitigen Form eine Lösung für die massiven negativen Folgen des motorisierten Individualverkehrs sein kann. In den einschlägigen Medien wurde bereits vorgerechnet, dass die Herstellung eines Elektroautos eine schlechtere Klimabilanz hat als ein herkömmliches Auto mit Verbrennungsmotor. Ein Volkswagen E-Golf z.B. hat erst nach 53.000 gefahrenen Kilometern eine bessere Klimabilanz als das Modell mit Benzinmotor. Der Hauptgrund hierfür liegt in der energieintensiven Batterieproduktion und der Gewinnung der Rohstoffe für die Akkus, dies nennt man den sogenannten ‚Treibhausgas-Rucksack’. Hinzu kommt, dass auch bei der Stromgewinnung Schadstoffe ausgestoßen werden. Dies variiert zwar je nach Land in Europa und auf der Welt, jedoch hängt die Klimabilanz der E-Autos in hohem Maße von den Methoden der Stromerzeugung ab. Deshalb gibt es auch Berechnungen, dass sich ein E-Auto in Deutschland teilweise erst nach über 100.000 gefahrenen Kilometern rechnet. Der Grund hierfür liegt in den hohen Treibhausgas-Emissionen des deutschen Strommix mit immer noch zu großem Kohleanteil von 30% in 2019. Sollte der Strom für 40 Millionen deutsche E-Autos kohlefrei produziert werden, erfordert dies nach Berechnungen der FAZ zusätzlich 20 neue Gaskraftwerke, 27 Millionen Solaranlagen auf Häusern oder 35.000 Windkraftanlagen an Land. Hinzu kommt die gesamte Ladeinfrastruktur.
Wie bereits angedeutet, ist die Batterie das de facto Herzstück des E-Autos. In den folgenden Abschnitten sollen die Probleme und Herausforderungen, die mit der millionenfachen Herstellung von Batterien für E-Autos einhergehen, analysiert werden.
Lebensdauer von Batterien
Die derzeit serienmäßig verbauten Traktionsbatterien sind nach etwa 1.500 bis 2.500 Ladezyklen nicht mehr leistungsfähig genug für den Einsatz im Auto. Mit den restlichen 70 % ihrer ursprünglichen Kapazität sind sie dennoch aus ökonomischen und ökologischen Gründen zu schade für die Entsorgung. Deshalb wird viel vom „Second Life“ der E-Batterien gesprochen. Dieses sogenannte zweite Leben findet in der Nutzung im stationären Bereich statt, z.B. als stationärer Stromspeicher für Anlagen. Erste Modellversuche gibt es im BMW-Werk in Leipzig,
wo aus 700 zusammengeschalteten alten und neuen Akkus des BMW i3 ein Großspeicher für den am Werkerzeugten Solar- und Windstrom zusammengesetzt wurde. Eine weitere Nutzungsmöglichkeit wäre als Bestandteil von flexiblen Ladesäulen, ähnlich wie in einer Power-Bank. Theoretisch könnte das Leben der Akkus im Second Life um 10 bis 12 Jahre verlängert werden, wie die Hersteller behaupten. Erst dann würde sich die Frage nach der Entsorgung stellen.
Grundsätzlich klingt dies vielversprechend, da sich hierdurch der CO2-Fußabdruck deutlich verringern ließe und die Kosten solcher gebrauchten Batterien niedrig wären. Allerdings müssten diese die Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Restlebensdauer der Zweitanwendungen erfüllen. Derzeit ist dies ein Wunschszenario, da unklar ist, wie groß der Anteil der Batterien sein wird, die noch leistungsstark genug für die Weiterverwendung in Zweitanwendungen sind. Derzeit ist auch unklar, wann Anspruch auf einen kostenfreien Batteriewechsel besteht. Sollte dies ökonomisch unattraktiv sein, ist davon auszugehen, dass viele private Nutzer das Auto bis zum tatsächlichen Batterietod fahren, was bedeuten würde, dass eine Zweitverwendung nicht mehr möglich wäre.
Das sogenannte Second-Life könnte demnach nur für einen Bruchteil der sich im Umlauf befindlichen Batterien in Betracht kommen. Auch ist unklar, wie viele Anwendungsmöglichkeiten für Second-Life-Batterien es überhaupt gibt. Mögliche Geschäftsmodelle werden aktuell in einzelnen Pilotprojekten getestet, meist unter Verwendung eines einzigen Batterietyps, zum Beispiel aus einem einzigen Fahrzeugmodell. Probleme bestehen z.B. in der höheren Ausfallrate, der mangelnden Kompatibilität von Batterien aus verschiedenen Modellen und der erhöhten Brandgefahr von älteren Modellen. Demnach ist die stationäre Zweitnutzung ein Zukunftsversprechen und es besteht hoher Forschungsbedarf in der Entwicklung von ökonomischen und ökologischen Modellen der möglichst langen und nachhaltigen Nutzung von Batterien.
Rohstoffe
Für die Herstellung einer E-Batterie werden eine Vielzahl von metallischen Rohstoffen und seltenen Erden benötigt. Eine durchschnittlichen Batterie für ein E-Auto wiegt um die 430 Kilogramm und besteht fast zur Hälfte aus Eisen, Stahl und Kunststoff. Hinzu kommen fast 80 bis 100 Kg Graphit, 30 Kg Nickel, 10 Kg Kobalt und Mangan und 6 Kg Lithium.
Die Vorkommen der verwendeten seltenen Erden sind endlich. Ein großes Problem ist, dass einige der Rohstoffe in nur wenigen Ländern vorkommen, was die Abhängigkeit von solchen Staaten erhöht. 60 Prozent des global benötigten Kobalts kommen aus dem Kongo, 70 Prozent des Graphits aus China. Kobalt ist bereits in allen Akkus von Smartphones und Laptops vorhanden. Der Bedarf steigt aber um das x-fache durch die Batterien für E-Autos. Laut Amnesty International findet der Abbau von Kobalt in der DR Kongo unter entsetzlichen Bedingungen, ohne Sicherheitsausrüstung, unter massivem Druck und unter Einsatz von Kinderarbeit statt. Hinzu kommt das Ausmaß von Korruption im Land. Kobalt wird auch in vielen kleinen illegalen Minen abgebaut. Das Problem ist bekannt und eine erste Konsequenz hiervon war die Gründung eines branchenübergreifenden Netzwerks namens Responsible Cobalt Initiative. Ein anderes Beispiel ist der Dodd-Frank-Act für börsennotierte Unternehmen in den USA. Hierin werden Offenlegungspflichten entlang der Liederkette von sogenannten Konfliktmaterien – zu denen Kobalt nach derzeitigem Stand noch nicht zählt – festgelegt. Allerdings verhindern die massiven Lobbyismus-Aktivitäten der Automobilindustrie in der EU bisher strengere Regelungen und führen zu sprachlichen Verklärungen wie ‘Rohstoffinitiative‘, was von NOGs eher mit Rohstoffraub gleichgesetzt wird. Auf die Exportländer von seltenen Erden wird starker politischer Druck ausgeübt, um den EU-Ländern einen schrankenlosen Zugang zu den Rohstoffen zu gewähren.
Besonders im Fokus steht das auch ‚weißes Gold‘ genannte Lithium, welches in der Zellproduktion der klassischen Lithium-Ionen-Batterie zum Einsatz kommt. Nach Lithium besteht bereits jetzt ein weltweiter Hunger, da verschiedenen Rechnungen zufolge die Reserven bei dem vorgesehenen Wachstum bereits zwischen 2040 und 2050 zur Neige gehen könnten. Die größten Reserven befinden sich im Dreiländereck Chile/Argentinien/Bolivien. Am Salzsee von Uyuni im bolivianischen Hochland gibt es die wohl umfangreichsten Lithium-Reserven der Welt. Um die Abbaurechte bewerben sich alle großen Industrieländer mit einer eigenen Automobilindustrie und der Wettbewerb treibt die Welthandelspreise für Lithium bereits jetzt in die Höhe. Aus bisher unbekannten Gründen platzte kürzlich in Bolivien nach der umstrittenen Wiederwahl des Präsidenten Evo Morales und den zivilen Protesten ein geplantes deutsch-bolivianisches Joint Venture, um Lithium unter dem Salzsee von Uyuni zu fördern, welches für die deutsche Automobilindustrie von strategischer Bedeutung gewesen wäre. Bisher sind Chile und Australienglobal gesehen die größten Lithiumabbaugebiete, in Portugal dagegen befinden sich die größten Reserven Europas, genauer gesagt, vor allem im Nordosten des Landes in strukturschwachen Regionen. Allerdings formieren sich auch hier massive Proteste in der Bevölkerung wegen mangelnder Beteiligung an der Förderung und den drohenden massiven Umweltschäden. Für ein Kilo Lithium muss etwa eine Tonne Granit zerkleinert und ausgewaschen werden – mit zum Teil höchst aggressiven Chemikalien, was wiederum zur Verschmutzung der Gewässer und Böden führen könnte. Es gibt zudem Bedenken, das sich der Lithiumabbau negativ auf die Qualität der landwirtschaftlichen Produkte auswirken könnte. Hinzu kommt, dass Teile der Gebiete von der UNO als landwirtschaftliches Welterbe klassifiziert wurden.
Absehbar ist bereits jetzt, dass der technologische Fortschritt sicherlich dazu führen wird, dass sich der Anteil von Kobalt in den Batterien weiter reduzieren lässt. Auch wird an Alternativen zu Lithium-Ionen-Akkus geforscht. Eine viel diskutierte Alternative, die bisher allerdings aus technologischen Gründen noch nicht marktreif ist, ist die Batterie auf Natrium- und Kalium-Basis. Trotzdem kann derzeit nicht davon ausgegangen werden, dass die Lithium-Ionen-Batterie in naher Zukunft verdrängt werden wird.
Aufgrund dieser negativen Konsequenzen der Rohstoffgewinnung und der Schäden für Mensch und Natur müsste das ganzheitliche Recycling von Batterien eigentlich prioritär sein.
Recycling von Batterien
Ein ausgebrannter Tesla in Österreich machte kürzlich Schlagzeilen, weil eigentlich niemand wusste, wie man dieses Auto und insbesondere die schwere Batterie mit all ihren leicht entzündbaren Komponenten entsorgen könnte. Nach Aussage der Behörden handele es sich für sie derzeit um giftigen Sondermüll.
Nachhaltiges und ökologisches Recycling von Batterien für E-Autos ist derzeit eine Wette auf die Zukunft und wird noch nicht systematisch betrieben. Gründe hierfür gibt es viele. Zum einen lohnt sich ein Recycling der ganzen Batterie in industrieller Größe wirtschaftlich noch nicht, da es nicht genug ausrangierte Batterien gibt, diese werden erst für 2030 erwartet. Hinzu kommt, dass das Recycling aufgrund der komplizierten Struktur der Lithium-Ionen-Akkus, vieler giftiger Chemikalien usw., sehr energie- und arbeitsintensiv ist. Zudem lohnt sich der Wiedergewinn verschiedener Materialien wie Lithium oder Eisen wirtschaftlich nicht, da der Abbau günstiger ist als das chemikalien- und arbeitskraftsintensive Recycling. Menschenrechtsverletzungen und Umweltverschmutzungen werden in dieser Rechnung nicht oder kaum beachtet. Derzeit lohnt sich – ökologisch und finanziell – vor allem die Rückgewinnung von Nickel und Kobalt.
Dringend überarbeitet werden muss die Richtlinie der EU zum Recycling von Batterien aus dem Jahr 2006. Derzeit muss nur die Hälfte einer Batterie recycelt werden. Das kann laut ADAC aber allein schon durch das Entfernen von Gehäuse und Komponenten erreicht werden, die meist aus Aluminium, Stahl oder Kunststoff bestehen. Hier müsste die Politik den Herstellern vorschreiben, dass das ganzheitliche Recycling bereits bei der Entwicklung von Batterien berücksichtigt wird. Auch sollten klare Richtlinien vorgegeben werden, welche Rohstoffe in alten Batterien zurückgewonnen werden müssten.
Ein großes Problem beim Recycling liegt bereits bei der Zerlegung. Diese ist sehr arbeitsintensiv, kann derzeit nicht automatisch durchgeführt werden und ist je nach Hersteller unterschiedlich aufwendig. Man kann Batterien von außen nicht ansehen, wie sie im Inneren aufgebaut sind, wie ihr Zustand ist oder welche Rohstoffe in welcher Konzentration in ihr enthalten sind. Das erschwert eine Vereinheitlichung und Automatisierung des Recyclingprozesses.
Eine Idee wäre es, wenn die Batterie im Besitz der Autobauer verbleiben würde, diese also ein eigenes Interesse daran hätten, die Batterien so zu designen und einzusetzen, dass möglichst viele Wertstoffe zurückgewonnen werden können. Konkrete Modellprojekte gibt es bereits bei Renault und vor allem bei VW und BMW, die derzeit an einen geschlossenen Lebenszyklus von Autobatterien forschen. Nach eigenen Angaben können in der Anlage von VW in Salzgitter derzeit 72 % der Rohstoffe recycelt werden. Offizielles Ziel seien langfristig 97 %.
Das Recycling von möglichst allen Komponenten der Batterien ist sicherlich eine der drängendsten Fragen, wenn die Mobilitätswende wirklich nachhaltig und ökologisch sein soll. Hierzu müssen noch sehr viele Hürden genommen werden. Tonnenweise giftiger Elektroschrott – wie bei anderen technologischen Entwicklungen geschehen – muss um jeden Preis verhindert werden. Das Recycling müsste bereits beim Design und der Herstellung mitbedacht werden. Auch die Politik müsste hier ambitionierte Ziele setzen. Es ist unklar, wie hoch der Anteil der zurückgewonnenen Rohstoffe am weltweiten Bedarf sein kann. Für einzelne Materialien wie Lithium und Kobalt werden Zahlen bis zu 50% bis 2040 genannt.
Fazit
Abschließend sollte angemerkt werden, dass hier keineswegs polemisch gegen Elektromobilität gehetzt werden sollte. Ein Vergleich zwischen E-Motor und Verbrennungsmotor ist komplex und die Messwerte sind gewissen Unwägbarkeiten und Ungenauigkeiten unterworfen. Die Berechnung der Klimabilanz z.B. ist von Land zu Land unterschiedlich. Hier muss auch der gesamte Stromerzeugungsprozess mit eingerechnet werden. Um die Klimawirkung der verschiedenen Antriebsarten ehrlich beurteilen zu können, müssten alle relevanten Energieaufwendungen über den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeugs berechnet werden. Auch darf die technologische Entwicklung keinesfalls außer Acht gelassen werden. Derzeit wird weltweit an Alternativen zur derzeit bevorzugten Antriebsbatterie geforscht. Die positiven Entwicklungen sollen keinesfalls geschmälert werden. Auch kann die massive Förderung in Forschung und Entwicklung der E-Mobilität ein entscheidender Impulsgeber für die Energiewende in Westeuropa sein.
Trotzdem muss hinterfragt werden, wie diese Wende zur E-Mobilität gestaltet werden soll, welche Konsequenzen für die Umwelt hiermit einhergehen und unter welchen Bedingungen die Rohstoffe für die Batterien gewonnen werden. Dass eine Auswechslung von Millionen Autos mit Verbrennungsmotor durch E-Autos die Probleme des explodierenden Individualverkehrs nicht löst, ist selbsterklärend. Durch die E-Mobilität könnten sogar noch neue Probleme entstehen, die derzeit noch nicht vorausgesehen werden können. Viele Fragen bzgl. der Herstellung und vor allem des Recyclings der Akkus sind derzeit ungeklärt und scheinen auch nicht unbedingt in der Prioritätenliste der großen Hersteller ganz oben angesiedelt zu sein. Bleibt zu hoffen, dass Politik und Gesellschaft hierauf ein wachsames Auge werfen und ggf. durch Gesetze und Regelungen derzeitige Versäumnisse korrigiert werden. Eine große Gelegenheit hierzu bietet der Vorschlag zur Überarbeitung der Batterierichtlinie der EU, welcher Ende 2020 vorgelegt werden soll. Hier müssten verbindliche Ziele für die Rückgewinnung verschiedenen Rohstoffe wie Lithium und Kobalt, eventuell auch Graphit und ein effizientes Rücknahmesystem für Industriebatterien gefordert werden.
Quellen:
https://blog.oeko.de/e-mobilitaet-der-rohstoffbedarf-und-seine-herausforderungen-fuer-europa/
https://www.volkswagenag.com/de/news/stories/2019/02/lithium-to-lithium-manganese-to-manganese.html
https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/elektromobilitaet/info/elektroauto-akku-recycling/
https://www.adac.de/verkehr/tanken-kraftstoff-antrieb/alternative-antriebe/klimabilanz/
https://www.dw.com/de/geplatzter-lithium-deal-deutsche-firmen-hoffen-weiter/a-51175439
https://www.volkswagenag.com/de/news/stories/2019/02/lithium-to-lithium-manganese-to-manganese.html
https://www.medico.de/die-eu-nennt-es-rohstoffinitiative-14186/
