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19. Februar 2020 | Interview mit Dr. Axel Thielmann, Fraunhofer ISI

Batterien für E-Autos: Mehr Rohstoffsicherheit durch Recycling

Wie umweltfreundlich sind Elektroautos? Wie steht es mit der CO2-Bilanz – und wie kann der wachsende Rohstoffbedarf für die Batterien gedeckt werden? Im Januar hat das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI einen Faktencheck zur E-Mobilität veröffentlicht. Dr. Axel Thielmann, stellvertretender Leiter des ISI-Competence Centers Neue Technologien und Leiter des Geschäftsfelds Industrielle Technologien, erläutert im Gespräch mit recyclingnews die zunehmend wichtige Rolle des Batterierecyclings.

In Ihrer neuen Studie zur E-Mobilität haben Sie die Umwelt- bzw. Klimaverträglichkeit von Elektroautos untersucht und künftige Herausforderungen beleuchtet. Welche (neuen) Erkenntnisse haben Sie gewonnen?

Dr. Axel Thielmann: Je nach Energiequelle, Energieeffizienz der Produktion und Batteriegröße fallen für die Produktion von Elektroautos heute zwischen 70 und 130 Prozent höhere Treibhausgasemissionen an als bei der Herstellung von Benzin- oder Dieselfahrzeugen. Während der Nutzungsphase verursachen die Elektrofahrzeuge dann geringere Treibhausgasemissionen. In der Summe hat ein heute angeschafftes Elektrofahrzeug einen Treibhausgasvorteil von 15 bis 30 Prozent, wenn es mit dem deutschen Strommix geladen wird. Pkw mit großen Akkus und geringer Fahrleistung haben allerding kaum eine bessere CO2-Bilanz als vergleichbare Verbrenner.

Aktuell zeigt sich, dass sich Batteriehersteller auch mit Blick auf die Nutzung von erneuerbarem Strom für die Batterieproduktion zunehmend in Deutschland ansiedeln. Mit dem weiteren Ausbau der Erneuerbaren Energien verbessert sich die Klimabilanz der Elektroautos von der Produktion, Nutzung bis zur Verwertung also stetig und deutlich weiter. Dennoch haben Elektroautos wie alle Pkw auch andere ökologische Auswirkungen, die sich auf die Umweltbilanz negativ auswirken. Daher sind weitere technische Verbesserungen, aber auch ein verändertes Mobilitätsverhalten hin zu weniger und kleineren Fahrzeugen nötig.

Eine wichtige Fragestellung betrifft die Rohstoffgewinnung für die Fahrzeugbatterien. Welchen Beitrag kann (und muss) hier das Recycling von Altbatterien leisten?

Dr. Axel Thielmann: Das Recycling von Batterien und die Nutzbarmachung von Sekundärrohstoffen reduziert die Nachfrage nach Primärrohstoffen und trägt damit auch zur Versorgungssicherheit bei. Kurzfristig ist der Beitrag des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen quantitativ begrenzt. Dieser wird jedoch wachsen in dem Maße, indem diese Batterien ausrangiert und zum Recycling gesammelt werden. Das Recycling von Gerätebatterien, wovon ein Teil Lithium-Ionen-Batterien sind, ist bereits etabliert und trägt heute schon zur Versorgungssicherheit mit Metallen wie Kobalt bei.

Neben der Erhöhung der Versorgungsicherheit werden auch durch das Batterierecycling negative Umwelteinwirkungen gemindert. Denn ausrangierte Lithium-Ionen-Batterien sind gefährlicher Abfall und die wiedergewonnenen Rohstoffe ersetzen einen Teil der Primärrohstoffe aus dem Bergbau, die für die Herstellung neuer Batterien notwendig sind. Damit werden die Kosten für die Umwelt, die für die Deckung unserer Bedarfe entstehen, durch verantwortungsvolles Recycling gemindert.

Können Sie dazu Zahlen nennen?

Dr. Axel Thielmann: Der Ertrag beim Batterierecycling wird auf 210 bis 240 Euro pro Tonne geschätzt, wobei die Hälfte des Wertes auf das enthaltene Aluminium, ein Viertel auf den Stahl und ein Viertel auf das Recycling von Kupfer aus Kabeln und Leiterplatten entfallen (Demontage der Gehäuse und Batteriemanagement). Aus der Batteriezelle selbst können Nickel und Kobalt zu über 90 Prozent zurückgewonnen werden. Für Lithium dürfte die Recyclingquote im Folgeprozess noch deutlich geringer sein. Doch auch das Lithium kann bereits wiedergewonnen werden. Da noch keine ausreichenden Mengen an ausgedienten Batterien anfallen, laufen derzeit jedoch alle verfügbaren Prozesse noch im industriellen Pilotmaßstab. Gesicherte Daten zu Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Umweltbilanz der Verfahren sind daher bisher nur eingeschränkt verfügbar.

Besonders wichtig ist daneben die Sicherstellung hoher Sammelquoten. Heute liegt die Zielvorgabe des Gesetzgebers noch lediglich bei knapp 50 Prozent. Vor dem Hintergrund des deutlichen Anstiegs an Altbatterien in den kommenden Jahren muss und wird die aktuell gültige Batterierichtlinie daher dringend überarbeitet werden.

Welche Umwelt- bzw. Nachhaltigkeitsvorteile bietet das Recycling Ihrer Untersuchung nach im Gegensatz zur Primärgewinnung – etwa im Fall von Lithium, Kobalt oder Nickel?

Dr. Axel Thielmann: Umweltbewertungen der verschiedenen Recyclingprozesse liegen bisher erst in begrenztem Umfang und oft basierend auf Labormaßstabdaten vor. Erste Studien zeigen jedoch bereits das Potenzial für deutliche Treibhausgaseinsparungen durch die Nutzung von Recyclingverfahren gegenüber der Herstellung von Primärrohstoffen. Hierfür muss das Recycling aber auch energieeffizient, unter hohen Umweltstandards und mit hohen Recyclingquoten erfolgen. Damit wird auch eine geografische Umverteilung der Rohstoffe in Länder wie Deutschland einhergehen, wo die Produkte genutzt werden. Perspektivisch soll auch in Deutschland eine bedeutende Zellen- und Batterieproduktion etabliert werden. In diesem Falle reduziert sich der Transportaufwand und trägt zur Nachhaltigkeit ebenso wie zur Versorgungssicherheit bei.

Welche Rolle spielt ein stabiles „Backup“ durch Kreislaufwirtschaft und Recycling grundsätzlich bei der Verbreitung innovativer und zukunftsfähiger Technologien?

Dr. Axel Thielmann: Da die Produkte zunächst „im Dienst“ verweilen, kann die Kreislaufführung nur mit zeitlicher Verzögerung einen Beitrag zur Bedarfsdeckung leisten. In der frühen Phase der Verbreitung sind wir also auf den Bergbau oder auf das Recycling anderer Produkte, die die Rohstoffe enthalten, angewiesen. Mittel- bis langfristig ist die Etablierung effektiver Recyclingstrukturen sehr wichtig, denn das trägt in den meisten Fällen zu einer besseren Umweltbilanz bei. Davon ist die Treibhausgasbilanz ein wichtiger Teil. Andere Aspekte sind Gewässerschutz, Luftverschmutzung, Toxizität und Landnutzung (z. B. für Deponien). Ein weiterer Nutzen von Recycling ist natürlich auch der Beitrag zur Rohstoffversorgungssicherheit. (KTH)

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