Autohersteller, Recycler und Technologie-Start-ups versuchen, die Frage zu lösen, wie mit Lithium-Ionen-Batterien umgegangen werden soll, wenn sie sich abnutzen.
Der Trend, umweltschädliche Benzin- und Dieselfahrzeuge durch eine neue Generation von Elektrofahrzeugen zu ersetzen, hat sich in den letzten Wochen beschleunigt. Im Zentrum der Elektroauto-Bewegung steht jedoch eine unbeantwortete Umweltfrage: Was soll mit den halbtonnenschweren Lithium-Ionen-Batterien geschehen, wenn sie abgenutzt sind?
Die britische und die französische Regierung haben sich im vergangenen Monat verpflichtet, den Verkauf von Benzin- und Dieselfahrzeugen bis 2040 zu verbieten, und der Autohersteller Volvo hat sich verpflichtet, ab 2019 nur noch Elektro- oder Hybridfahrzeuge zu verkaufen.
Die Zahl der Elektroautos in der Welt hat letztes Jahr die 2-Millionen-Marke überschritten, und die Internationale Energieagentur schätzt, dass es bis 2030 weltweit 140 Millionen Elektroautos geben wird, wenn die Länder die Ziele des Pariser Klimaabkommens erreichen. Laut Ajay Kochhar, CEO des kanadischen Batterie-Recycling-Start-ups Li-Cycle, könnten aufgrund des Booms der Elektrofahrzeuge bis 2030 11 Millionen Tonnen gebrauchter Lithium-Ionen-Batterien recycelt werden.
Recycling-Defizit
In der EU werden jedoch nur 5% (pdf) der Lithium-Ionen-Batterien recycelt. Dies ist mit Kosten für die Umwelt verbunden. Batterien können nicht nur giftige Gase freisetzen, wenn sie beschädigt werden, sondern auch die Grundbestandteile wie Lithium und Kobalt sind begrenzt, und ihre Gewinnung kann unter anderem zu Wasserverschmutzung und Ressourcenverknappung führen.
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Es gibt jedoch Gründe, optimistisch zu sein. Bislang sind die niedrigen Recyclingraten von Lithium-Ionen-Batterien darauf zurückzuführen, dass die meisten von ihnen in Unterhaltungselektronik enthalten sind, die in der Regel vernachlässigt in einer Schublade oder auf der Mülldeponie landet.
Das wird bei Elektrofahrzeugen nicht passieren, sagt Marc Grynberg, Geschäftsführer des belgischen Batterie- und Recyclingriesen Umicore, voraus. "Die Autohersteller werden für die Sammlung und das Recycling gebrauchter Lithium-Ionen-Batterien verantwortlich sein", sagt er. "Aufgrund ihrer Größe können die Batterien nicht zu Hause gelagert werden, und eine Mülldeponie ist keine Option.
Die EU-Verordnungen, die die Batteriehersteller verpflichten, die Kosten für die Sammlung, die Behandlung und das Recycling aller gesammelten Batterien zu finanzieren, fördern bereits Verbindungen zwischen Automobilherstellern und Recyclern.
Umicore, das 25 Mio. € (22,6 Mio. £) in eine industrielle Pilotanlage in Antwerpen für das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien investiert hat, hat in Europa Vereinbarungen mit Tesla und Toyota getroffen, um die Schmelze zur Rückgewinnung von Edelmetallen wie Kobalt und Nickel zu nutzen. Grynberg sagt: "Wir haben bewiesen, dass wir in der Lage sind, Altbatterien aus Elektrofahrzeugen zu recyceln, und sind bereit, diese Zahl bei Bedarf zu erhöhen.
Problem gelöst? Nicht ganz. Während kommerzielle Schmelzverfahren wie das von Umicore viele Metalle problemlos zurückgewinnen können, können sie das lebenswichtige Lithium nicht direkt zurückgewinnen, das als gemischtes Nebenprodukt anfällt. Umicore sagt, dass es Lithium aus dem Nebenprodukt zurückgewinnen kann, aber jedes zusätzliche Verfahren verursacht zusätzliche Kosten.
Das bedeutet, dass Batterien aus Elektrofahrzeugen zwar zu Recyclinganlagen gebracht werden können, es aber keine Garantie dafür gibt, dass das Lithium selbst zurückgewonnen wird, wenn es unwirtschaftlich ist.
Im Juni erklärte die Investmentbank Morgan Stanley, dass sie davon ausgeht, dass es in den nächsten zehn Jahren kein Lithium-Recycling geben wird und dass die Recycling-Infrastruktur wahrscheinlich unzureichend sein wird, wenn die derzeitige Batteriewelle ausläuft. "Es besteht immer noch Bedarf an der Entwicklung eines geschlossenen Recyclingkreislaufs, bei dem alle Materialien wiederverwertet werden", sagt Jessica Alsford, Leiterin des globalen Nachhaltigkeitsresearch-Teams der Bank. "Es ist ein Unterschied, ob man etwas tun kann oder ob es wirtschaftlich sinnvoll ist.
Ein zweites Leben für Batterien
Francisco Carranza, Direktor für Energiedienstleistungen bei Nissan, erklärt, dass das Grundproblem darin besteht, dass die Kosten für das vollständige Recycling einer Batterie zwar auf etwa 1 € pro Kilo sinken, der Wert der Rohstoffe, die zurückgewonnen werden können, aber nur ein Drittel dieses Betrags beträgt.
Nissan hat sich mit dem Energiemanagementunternehmen Eaton zusammengetan, um seine Autobatterien für die Energiespeicherung in Privathaushalten wiederzuverwenden, anstatt sie zu recyceln, und dieser wirtschaftliche Aspekt ist ein wichtiger Grund. "Die Kosten für das Recycling sind das Hindernis", sagt Carranza. "Sie muss geringer sein als der Wert der zurückgewonnenen Materialien, damit sie funktioniert.
Der Mangel an Recyclingkapazitäten ist "eine Tragödie", sagt Amrit Chandan, ein Chemieingenieur, der die Geschäftsentwicklung bei Aceleron leitet, einem britischen Hightech-Start-up, das sich um die Umwandlung von Altbatterien bemüht. "Es kostet so viel Energie, diese Materialien aus dem Boden zu holen. Wenn wir sie nicht wiederverwenden, könnten wir unsere Umweltprobleme noch verschärfen", sagt er.
Aceleron ist wie Nissan der Meinung, dass die Antwort in der Wiederverwendung statt im Recycling von Autobatterien liegt - wofür das Unternehmen ein Verfahren patentiert hat. Laut Chandan können Autobatterien noch bis zu 70 % ihrer Kapazität haben, wenn sie nicht mehr gut genug für den Betrieb von Elektrofahrzeugen sind, was sie - wenn sie zerlegt, getestet und wiederaufbereitet werden - perfekt für Funktionen wie die Energiespeicherung zu Hause macht.
Aceleron, das von Forbes als eines der 30 aufregendsten Hightech-Start-ups in Europa ausgezeichnet wurde, sucht Investoren, die den Aufbau von Pilotprojekten unterstützen. "In ein paar Jahren wird es einen Sturm von Batterien für Elektrofahrzeuge geben, die das Ende ihrer Lebensdauer erreichen, und wir stellen uns darauf ein", sagt Chandan.
Dies ist nicht die einzige Alternative. Li-Cycle leistet Pionierarbeit bei einer neuen Recyclingtechnologie, bei der durch ein chemisches Verfahren alle wichtigen Metalle aus Batterien zurückgewonnen werden. Kochhar plant den Bau einer Pilotanlage, in der jährlich 5.000 Tonnen Batterien mit diesem nasschemischen Verfahren hergestellt werden sollen. Es ist jedoch noch zu früh, um die Technologie kommerziell zu nutzen.
Linda Gaines, Analystin für Transportsysteme und Expertin für Elektrofahrzeugbatterien am Argonne National Laboratory in den USA, sagt: "Der Schlüssel ist, dass wir Zeit haben, Fabriken zu bauen. "Aber", fügt sie hinzu, "wir wissen noch nicht, was für Batterien das sein werden. Es wäre hilfreich, wenn Batterien genormt und für das Recycling ausgelegt wären, aber das sind sie nicht.
