Was passiert mit den alten Batterien aus ausrangierten Elektroautos? Um diese Frage ranken sich Mythen und Gerüchte. Dank neuer Methoden, mit denen Batterien nicht mehr nur geschreddert oder eingeschmolzen werden, sondern nasschemisch behandelt, lassen sich inzwischen bis zu 96 Prozent der enthaltenen Rohstoffe zurückgewinnen. Das Aachener Startup Cylib geht nun noch einen Schritt weiter: An einigen Stellen im Recyclingprozess hat Cylib giftige Laugen und Säuren durch Wasser ersetzt. „Das macht das Batterierecycling nicht nur umweltfreundlicher, sondern auch kostengünstiger“, sagt Co-Gründerin Lilian Schwich.
Zwar sei der Aufbau einer Recyclingwirtschaft für Lithium-Ionen-Akkus speziell wegen Elektroautos „derzeit noch nicht dringend, weil deren große Batterien lange halten und die Zahl der Elektro-Neuwagen erst seit zwei, drei Jahren stark steigt“, meint Marcel Weil, Experte für Umweltanalysen am Karlsruher Institut für Technologie, KIT. Die Masse dieser E-Auto-Batterien werde erst in zehn bis 15 Jahren auf den Schrottplätzen ankommen.
Bis 2030 aber könnte das jährliche Volumen allein an ausrangierten Lithium-Ionen-Batterien weltweit auf etwa 230.000 Tonnen anwachsen. Bis 2040 könnten es schon 1,5 Millionen Tonnen Altbatterien sein, so eine Fraunhofer-Untersuchung. Derzeit stecke das Batterierecycling „bei einer Recyclingquote von knapp unter 50 Prozent fest“, erklärt Weil. Jeder zweite ausrangierte Lithium-Ionen-Akku in Europa und Nordamerika landet auf dem Müll oder bei Entsorgungsbetrieben in Entwicklungsländern, wo Arbeiter ihn mitunter im offenen Feuer einschmelzen.
Knappe Metalle gingen bisher teils verloren
Ein Grund: „Die Lithium-Ionen-Akkus, die aktuell aus Elektrogeräten oder Werkzeugen kommen, sind meist klein“, sagt Weil. Sie enthalten zu wenig Materialwert; das Recycling lohnt aus Sicht der Industrie nicht. Es sind vor allem die vielen fest verklebten Stromspeicher, die gar nicht erst in die Verwertung kämen, etwa in Rasierapparaten oder elektrischen Zahnbürsten. Doch wegen der E-Mobilität sowie dem Boom kabelloser Geräte und Werkzeuge wächst die Nachfrage nach den Batterie-Rohstoffen ständig. Allein der globale Bedarf an Lithium wird bis 2030 jedes Jahr um mehr als 25 Prozent steigen, die Nickelnachfrage sogar um 40 Prozent pro Jahr, schätzen Rohstoffexperten.
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Auch die Politik erhöht den Druck: In Europa werden die Batteriehersteller bald dazu verpflichtet, die Wiederverwendung ihrer Akkus sicherzustellen. Eine neue EU-Richtline verlangt ab Anfang kommenden Jahres deutlich höhere Recyclingquoten als bisher. Eine typische Lithium-Ionen-Batterie, wie sie heute 99,5 Prozent aller E-Autos, Laptops, Smartphones und E-Bikes antreibt, enthält zum Beispiel pro Elektroauto bis zu 7,8 Kilogramm (kg) Kobalt, bis zu 6,8 kg Lithium und fast 30 kg Nickel. Je nach aktuellem Preis an der Metallbörse sind das 700 bis 1300 Euro Materialwert pro Alt-Akku. Und viele dieser Metalle, besonders Nickel und Kobalt, sind zwar nicht geologisch knapp; aber sie kommen entweder aus politisch heiklen Regionen wie der Demokratischen Republik Kongo oder vorrangig aus Russland. Noch kritischer aus Sicht der europäischen Industrie ist, dass China inzwischen fast eine Monopolstellung beim Verarbeiten und Aufbereiten wichtiger Batterierohstoffe wie Lithium und Kobalt inne hat.
Schneller schlau: Diese Begriffe müssen E-Auto-Fahrer kennen
Akkumulator: Ein wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis. Im engeren Sinne ist mit Akkumulator beziehungsweise Akku lediglich eine einzelne Speicherzelle gemeint, allgemeinsprachlich werden aber auch die zusammengeschalteten Speicherelemente wie sie im E-Auto vorkommen als „Akku“ bezeichnet. In vielen Fällen wird der Begriffe „Batterie“ heute synonym verwendet, lediglich, wenn speziell die Wiederaufladbarkeit betont werden soll, empfiehlt sich das präzisere „Akku“.
Ampere: Das ist die Einheit der elektrischen Stromstärke (A). Stellt man sich den Stromfluss analog als Fließen von Wasser durch ein Rohr vor, entspricht die Stromstärke dem Rohrdurchmesser. Der Wasserdruck ließe sich mit der Stromspannung (V) gleichsetzen. Beide Faktoren gemeinsam entscheiden, wie hoch die Leistung ist, die für den Betrieb eines Wasserrades oder Motors zur Verfügung steht.
Bidirektionales Laden: Elektroautos können Strom nicht nur tanken, sondern auch ins Netz zurückspeisen. Diese Fähigkeit bezeichnet man als bidirektionales Laden. Künftig sollen E-Mobile so Teil intelligenter Stromnetze („Smart Grid“) werden und etwa überschüssigen Strom aus Wind- oder Solaranlage zwischenspeichern und bei Bedarf ins Netz zurückspeisen (Vehicle 2 Grid, V2C).
Bordlader: Das On-Board-Ladegerät im Elektroauto ist für das Laden von Wechselstrom nötig – also für das Tanken an Wallbox, Normalladesäule oder Steckdose. Seine Leistung bestimmt, wie schnell die Batterie aufgefüllt wird. Wer sein Auto regelmäßig fährt und entsprechend häufig an der Steckdose hängt, sollte ein Modell mit mehrphasigem Lader wählen. Der arbeitet rund zwei- bis viermal so schnell.
CCS: Steht für „Combined Charging System“ und ist die deutsche Version des Schnellladesteckers, der auf dem gängigen Typ-2-Stecker basiert und ihn um zwei weitere Pole (Combo 2) ergänzt. Der CCS-Stecker hat sich heute bei den deutschen und europäischen Herstellern durchgesetzt, unter anderem verlangt die deutsche Ladesäulenverordnung (LSV) sein Vorhandensein an neuen Gleichstrom-Schnellladesäulen. Auch Tesla rüstet seine Autos in Europa mittlerweile mit CCS-Buchsen aus. Der wichtigste Konkurrenz-Standard ist das Chademo-System eines japanischen Konsortiums, das vor allem von japanischen und französischen Autos unterstützt wird.
Chademo: Abkürzung für „Charge de Move“ und Bezeichnung des japanischen Schnellladesteckers-Systems, das vom Energiekonzern Tepco und den Autoherstellern Nissan, Mitsubishi, Toyota und Subaru entwickelt wurde. Die typische Ladeleistung liegt bei 50 kW, es sind allerdings auch höhere Werte möglich. Konkurrenzstandard ist das deutsche CCS-System, beide Steckertypen sind nicht kompatibel. Die deutsche Ladesäulenverordnung schreibt zwar für Gleichstrom-Ladesäulen einen CCS-Anschluss vor, nicht aber eine Chademo-Kupplung.
Elektroauto: Im engeren Sinne die Bezeichnung für ein batteriegetriebenes E-Auto mit oder ohne Range Extender. Im weiteren Sinne sind bezogen auf ihre Antriebsart auch Brennstoffzellen-Fahrzeuge E-Autos. Die Bundesregierung definiert in einschlägigen Gesetzen und Regeln wie folgt: „Ein Elektromobil ist ein reines Batterieelektrofahrzeug mit einem Antrieb, bei dem alle Energiewandler ausschließlich elektrische Maschinen und alle Energiespeicher ausschließlich elektrisch wieder aufladbare Energiespeicher sind.“ Obwohl Plug-in-Hybride dadurch ausgeschlossen sind, werden sie in einigen Statistiken und Studien gelegentlich den E-Autos zugeschlagen.
Energiedichte: Die Energiedichte ist der entscheidende Faktor für das Gewicht der Batterie. Sie bezeichnet die Energiemenge, die pro Masseneinheit oder pro Volumeneinheit einer Batterie gespeichert werden kann, meist angegeben in kJ oder kWh pro Kilogramm. Aktuell liegt der Schnitt bei 150 Wattstunden pro Kilogramm. Zum Vergleich: Die Energiedichte von Benzin beträgt 12.800 Wh/kg.
Feststoffbatterie: Die Feststoff- oder Festkörperbatterie ist der große Hoffnungsträger der E-Auto-Hersteller. Im Vergleich mit konventioneller Lithium-Ionen-Technik sind die neuartigen Akkus günstiger, leistungsfähiger und sicherer. Die neue Batterie ersetzt das bisher nötige flüssige Elektrolyt durch ein festes Material. Dadurch steigt die Energiedichte, was mehr Reichweite bei gleichem Bauraum bedeutet. Gleichzeitig entfällt die Notwendigkeit einer Kühlung, was Geld und Gewicht spart. Zudem gilt die Technik als sicherer, da es bei Unfällen nicht zu hartnäckigen Bränden kommen kann.
Gleichstrom (abgekürzt DC für „direct current“): die Art Strom, die eine E-Autobatterie speichern kann. Für die Benutzung im E-Motor muss Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt werden. Wird am Haushaltsnetz oder an Normalladesäulen getankt, muss der dort verfügbare Wechselstrom in Gleichstrom für die Batterie umgewandelt werden. Die nötige Technik hat das Elektroauto selbst an Bord.
Induktionsladung: Sie soll das Laden von Elektroautos einfacher machen. Statt den Wagen an eine Steckdose anzuschließen, muss er nur noch über einer Magnetspule geparkt werden, die über ein Gegenstück im Fahrzeugboden den Akku berührungslos auflädt. Theoretisch funktioniert der Vorgang auf entsprechend ausgestatteten Fahrspuren auch während der Fahrt. Die Ladeleistung liegt mit theoretisch bis zu 11 kW im Bereich von normalen Wechselstrom-Ladesäulen.
Kilowattstunde: Maßeinheit für Energie. Mit einer Kilowattstunde Strom lässt sich ein Eimer Wasser bei Raumtemperatur zum Kochen bringen. Die Akkus von normalen Elektroautos haben aktuell Kapazitäten zwischen gut 20 kWh und 60 kWh, in Einzelfällen auch rund 100 kWh. Der Stromverbrauch hängt stark von Modell und Fahrweise ab, bei normalen E-Mobilen liegt er jedoch aktuell meist im Bereich von 10 bis 20 kWh auf 100 Kilometern. Die theoretische Reichweite von Elektroautos der Modelle ist aber nicht direkt von der Akkukapazität ableitbar (anders als beim konventionellen Auto, wo die Reichweite sich aus Verbrauch und Tankinhalt ergibt), da die Batterien nie komplett entladen werden dürfen.
Ladeleistung: Die Ladeleistung ist das wichtigste Kriterium dafür, wie lang das E-Auto zum Volltanken ans Stromnetz muss. Eine Haushaltssteckdose stellt eine Ladeleistung von rund 2,3 kW zur Verfügung, eine normale Ladesäule oder Wallbox in der Regel rund 10 bis 22 kW, eine Schnellladesäule meist 50 kW bis 100 kW. Sogenannte Ultraschnellladesäulen kommen auf bis zu 350 kW. Um einen E-Auto-Akku mit einer Kapazität von 24 kWh zu laden, müsste er also – vereinfacht gerechnet – rund acht Stunden an die Haushaltsteckdose, während er am Ultraschnelllader schon nach wenigen Minuten voll wäre. In der Praxis sind die Ladezeiten aber länger. Unter anderem, weil längst nicht jedes Auto die von der Ladesäule bereitgestellte Leistung komplett nutzen kann und weil mit wachsendem Akku-Füllstand und zunehmender Erwärmung die Ladegeschwindigkeit abnimmt.
Ladepunkt: Viele Ladesäulen bieten die Möglichkeit, mehrere Autos gleichzeitig aufzuladen. Man spricht dann von mehrere Ladepunkten. In offiziellen Statistiken werden häufig Ladepunkte gezählt, die Zahl der Säulen ist deutlich niedriger. In vielen Fällen müssen sich die gleichzeitig tankenden Fahrzeuge die Ladeleistung teilen, wodurch die Wartezeit steigt.
Lithium-Ionen-Batterie: Die heute aktuelle Batterietechnik. Gegenüber den zuvor eingesetzten Blei- und Nickel-Metallhydrid-Akkus bieten sie eine höhere Energiedichte. Zudem kennen sie keinen Memory-Effekt. Während ihre Kapazität für Handys und Laptops heute ohne weiteres ausreicht, stoßen sie beim Auto schnell an ihre Grenzen. Ein weiteres Problem ist der hohe Preis.
Mild-Hybridsystem: Hybridautos sind auch deswegen relativ teuer, weil ihre Hochspannungs-Komponenten besonders geschützt werden müssen, damit die Insassen bei einem Unfall oder einer Fehlfunktion nicht plötzlich unter Strom stehen. Bei Niedervolt- oder Mildhybrid-Systemen, die statt mit bis zu 400 Volt nur mit 48 Volt arbeiten, könnten die Hersteller darauf verzichten. Aufgrund ihrer niedrigen Kosten eignen sich 48-Volt-Hybridsysteme vor allem für kleine und kompakte Fahrzeuge. Die Niedervolt-Technik ist allerdings weniger leistungsfähig als die Hochvolt-Technik, so dass sich die Hybridfunktionen in der Regel auf das Boosten beim Beschleunigen und Anfahren beschränkt. Trotzdem sollen gegenüber rein konventionellen Antrieben zweistellige Verbrauchsvorteile in Prozent möglich sein.
One-Pedal-Driving: Einige Elektromobile lassen sich im Alltag allein mit dem Gaspedal bewegen. Wird es getreten, fährt das Auto, lässt man es los, verzögert es. Und zwar deutlich stärker als ein konventionelles Fahrzeug, bei dem der Fuß vom Gaspedal genommen wird. Das E-Mobil bremst dabei nicht über die Bremsscheiben, sondern mit Hilfe des bordeigenen Generators, der dadurch Bremskraft zurückgewinnt und diese in Form von Strom in der Batterie speichert. Das „Fahren mit einem Pedal“ wird nach einiger Gewöhnung oft als angenehm wahrgenommen. Ein Bremspedal ist zwar noch vorhanden, wird aber nur noch für besonders starke Verzögerung oder im Notfall verwendet.
Permanent erregte Synchronmaschine (PSM): Die heute gängigste Bauart von Elektromotoren im Auto und in vielen Haushaltsgegenständen. „Permanent erregt“ heißt, dass im Motor sogenannte Permanentmagnete zum Einsatz kommen, für die teure seltene Erden benötigt werden. Das ist bei der fremderregten Variante (FSM) nicht der Fall. Dort wird das Magnetfeld temporär durch Strom erzeugt – also durch einen Elektromagnet. Das ist in der Produktion deutlich günstiger als die Verwendung permanenter Magnete aus Seltenen Erden, weshalb diese Technik vor allem für eher preissensible E-Autos interessant ist. Oder für solche, bei denen es nicht auf extreme Fahrleistungen ankommt.
Plug-in-Hybrid: Eine Art Teilzeit-Elektroauto. An Bord befindet sich in der Regel ein vergleichsweise kleiner Akku, der sich an der Steckdose aufladen lässt und eine rein elektrische Reichweite von rund 50 Kilometern ermöglicht. Danach fährt das Auto mit Hybridantrieb weiter. Der Plug-in-Hybridantrieb galt als Brückentechnologie bis zur Einführung leistungsfähiger Akkus, die auch reinen Elektroautos eine langstreckentaugliche Reichweite ermöglichen. Er verliert jedoch zunehmend an Bedeutung.
Radnabenmotor: Ein Elektromotor, der nicht zentral im Fahrzeug sitzt, sondern direkt am Rad. Er wurde bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts bei E-Autos wie dem Lohner-Porsche genutzt, ist heute aus dem Großserien-Pkw aber verschwunden, unter anderem, weil sein hohes Gewicht an ungünstiger Stelle für Probleme beim Fahrkomfort sorgt und zudem der Platz für die Lenk-Mechanik eng wird. Das wird auch durch die zahlreichen Vorteile aktuell noch nicht aufgefangen. Dazu zählen unter anderem der Bauraumgewinn im Karosseriekörper, der mögliche Verzicht auf Antriebswellen und der Gewinn an Fahrdynamik und Sicherheit durch die mögliche radselektive Regelung der Antriebskraft.
Range Extender: In der Regel ein kleiner Verbrennungsmotor, der mit seiner Kraft nicht die Räder antreibt, sondern einen Stromgenerator, der die Akkus während der Fahrt wieder auflädt. So soll auch nach dem Ende des an der Steckdose gezapften Stromvorrats weiteres Fortkommen möglich sein. Dabei handelt es sich allerdings nur um eine Art Notlösung, da der Motor zwar relativ sparsam ausgelegt ist, am Ende aber nur wenig effizient arbeitet. Lange Zeit setze der BMW i3 auf die Technik – seit die Batteriekapazitäten gestiegen sind, verzichten die Münchner jedoch auf den Hilfsmotor. Mazda hingegen will künftig erstmals ein E-Mobil mit Range-Extender auf Wankelmotorbasis ins Programm nehmen.
Rekuperation: Die Rückgewinnung von kinetischer Energie, die ansonsten beim Bremsen in Form von Wärme verloren gehen würde, ist kein Privileg des Elektroautos. Pkw mit Start-Stopp-System nutzen die Technik bereits seit Jahren. Während der gewonnene Strom beim konventionellen Auto zur Entlastung des Generators/Lichtmaschine genutzt wird, kommt er beim E-Auto direkt dem Antrieb zugute. Allerdings fließt nur ein relativ kleiner Teil der Bremsenergie als Ladeenergie in die Batterie zurück.
Schieflast: Meint die ungleichmäßige Belastung des Stromnetzes. Diese soll in Deutschland durch deine Schieflast-Verordnung verhindert werden, die das einphasige Aufladen von Elektroautos stark einschränkt. Anstatt die technisch möglichen rund 7 kW können sich betroffene Fahrzeuge hierzulande legal nur 4,6 kW aus dem Netz holen. Dreiphasig ladende E-Autos hingegen tanken mit bis zu 22 kW, also mehr als viermal so schnell. In anderen Ländern können andere Regeln gelten.
Schnellladen: Der Begriff wird von jedem Hersteller anders benutzt. In den einschlägigen Gesetzestexten zur E-Mobilität findet man die Definition, alle Ladevorgänge mit Leistungen oberhalb von 22 kW könnten als Schnellladung bezeichnet werden. Eine andere mögliche Abgrenzung wäre Wechselstromladen (AC, bis maximal 44 kW) gegen Gleichstromladen (DC, ab 50 kW). In der Praxis macht die Wahl der Definition kaum einen Unterschied, da es hierzulande faktisch kaum Wechselstrom-Ladepunkte mit mehr als 22 kW Leistung gibt. Auch die Zahl der passenden Fahrzeuge ist eher gering. Neben Schnellladen hat sich zuletzt auch der Begriff Ultra-Schnellladen („High Performance Charging“, HPC) eingebürgert. Damit sind meist die DC-Ladesäulen des Betreiber-Konsortiums Ionity gemeint, die bis zu 350 kW liefern – aktuell der Spitzenwert in Europa.
Steckertypen: An der normalen Haushaltssteckdose kann fast jedes E-Auto laden. Darüber hinaus wird es schwierig. Die EU hat sich auf den sogenannte Meneckes-Typ-2-Stecker als Standard an öffentlichen Ladesäulen entschieden, der Stecker wird bereits heute bei den meisten Elektroautos am Ladekabel mitgeliefert. Im europäischen Ausland sind aber aktuell auch andere Steckertypen im Einsatz. Selbst hierzulande uneinheitlich sind die Gleichstrom-Stecker für Schnellladesäulen. Während die deutschen Hersteller auf das CCS-System setzen, nutzen Japaner und Franzosen für ihre Modelle den Chademo-Standard. Die Typen sind nicht kompatibel. Gesetzlich vorgeschrieben werden in Deutschland nur die CCS-Kopplungen.
Stromlieferant: Er beliefert die Ladesäulen mit Strom. Für jede Säule kann immer nur ein Lieferant tätig sein. Das Unternehmen ist nicht notwendigerweise auch Betreiber der Ladesäule (CPO) oder E-Mobilitäts-Provider (EMP).
Supercharger: Die kostenlosen Stromtankstellen von Tesla für Fahrzeuge der eigenen Marke. Das Tesla-System nutzte in Europa zunächst einen modifizierten Typ-2-Stecker, der anders als sein bei anderen Marken genutztes Pendant auch das Laden von Gleichstrom mit bis zu 250 kW erlaubt. Mittlerweile werden Säulen und Fahrzeuge auf den CCS-Standard umgestellt. Die Batterien von Model S, Model X und Co. können an Superchargern innerhalb weniger Minuten aufgeladen werden – früher generell kostenlos, mittlerweile wird modellabhängig nach Minuten oder Kilowattstunden (33 Cent) abgerechnet. Insgesamt betreibt Tesla nach eigenen Angaben in Europa über 1.800 Ladestationen mit insgesamt knapp 16.000 Ladepunkten, meist an wichtigen Magistralen, um seinen Kunden auch längere Reisen im Elektroauto zu ermöglichen. Fahrzeuge anderer Marken können Supercharger nicht nutzen, Tesla-Modelle hingegen können hingegen an Typ-2- und gegebenenfalls an CCS-Ladesäulen tanken.
Superkondensatoren: Im Gegensatz zu Akkus speichern Superkondensatoren Energie elektrisch statt elektrochemisch. Dadurch können sie schneller geladen werden und ihre Energie auch schnell wieder abgeben. Während Superkondensatoren etwa in Blitzgeräten von Fotokameras bereits seit Jahren gängig sind, sind sie im Automobilbau noch relative Neuheiten. Mazda setzt die Stromspeicher etwa für die Bremskraftrückgewinnung ein, in der Formel Eins sind sie bereits Teil des Hybridsystems und stellen Strom zum Beschleunigen zur Verfügung. Volvo experimentiert aktuell damit, aus Superkondensatoren ganze Fahrzeugteile zu fertigen, die dann quasi bauraumneutral in Autos eingesetzt werden können. Allerdings können Superkondensatoren zwar schnell, aber nicht besonders viel Strom laden. Ihre Energiedichte ist extrem gering. Als alleinige Energiequelle für den Fahrzeugantrieb kommen sie daher kaum in Frage; vielmehr werden sie in Zukunft wohl als Ergänzung zu normalen Batterien dienen – vor allem bei der Bremsenergierückgewinnung.
Temperaturmanagement: Unter anhaltender Last werden Akkus heiß. Das schlägt nicht nur auf die Leistungsabgabe der Energiespeicher durch, sondern auch auf ihre Fähigkeit, Strom zu speichern. Nach längerer Fahrt oder bei hohen Temperaturen kann es dann schon mal vorkommen, dass an Ladesäulen nicht mehr die volle Leistung abgerufen werden kann. Bekannt geworden ist dieses Phänomen unter dem Namen „Rapidgate“. Einige, aber längst nicht alle E-Mobile verfügen daher über ein Kühlungssystem, das die Batterie auf optimaler Temperatur hält. Andere Hersteller versuchen, dem Problem mit intelligenter Ladesoftware Herr zu werden. Wer viel fährt oder auf schnelles Laden angewiesen ist, sollte trotzdem lieber ein Modell mit aktiver Kühlung wählen.
Ultraschnellladen: Um das Elektroauto wirklich langstreckentauglich zu machen, reicht konventionelles Schnellladen nicht. Die deutschen Autohersteller setzen daher auf das Ultraschnellladen mit bis zu 350 kW über den CCS-Stecker. Ein entsprechendes Stationsnetz wird von dem Joint-Venture-Unternehmen Ionity entlang der europäischen Autobahnen gebaut.
Vampirverluste: Alle Elektroautos leiden unter dem Phänomen der Selbstentladung. Das liegt zum einen an unerwünschten chemischen Nebenreaktionen innerhalb der Zellen, die sich auch bei den besten Akkus nicht komplett ausschalten lassen, zum anderen an den Batterie-Überwachungssystemen, die auch im Stand Strom verbrauchen. Durch Fehler in der Produktion können die Verluste allerdings in Einzelfällen besonders stark ausfallen. Wie lange es dauert, bis einem abgestellten E-Auto der Strom ausgeht, hängt von vielen Faktoren ab. Neben dem Füllstand und der Grundqualität des jeweiligen Akkus sowie der Effizienz der Zellüberwachung hat auch die Außentemperatur einen Einfluss. Ein fast leeres E-Auto wochenlang in der prallen Sonne stehen zu lassen, ist keine gute Idee.
Verbrauch: Der Stromverbrauch wird mit dem gleichen Labor-Test ermittelt wie der eines Diesels oder Benziners. Angegeben wird er allerdings nicht in Liter pro 100 Kilometer, sondern in der Regel in Kilowattstunden pro 100 Kilometer. Der CO2-Ausstoß wird mit null angegeben, denn die Emissionen bei der Stromherstellung werden nicht berücksichtigt.
Volt: Ist die Einheit der elektrischen Spannung (V). Stellt man sich den Stromfluss analog als Fließen von Wasser durch ein Rohr vor, entspricht die Spannung dem Wasserdruck. Die Stromstärke (A) ließe sich mit dem Rohrdurchmesser gleichsetzen. Beide Faktoren gemeinsam entscheiden, wie hoch die Leistung ist. Letztlich also, wie viel Energie für den Betrieb eines Wasserrades oder Motors zur Verfügung steht.
Wallbox: Eine fest installierte Ladestation für E-Mobile, in der Regel für die heimische Garage gedacht. Wallboxen gibt es in unterschiedlichen Leistungsstufen, am gängigsten sind solche mit 11 kW. Sie sind meist ausreichend schnell und bedürfen keiner Genehmigung durch den Netzbetreiber.
Wechselstrom: (abgekürzt AC für „alternating current“) normaler Haushaltsstrom. Am Gebäude kommt er in seiner dreiphasigen Ausführung als sogenannter „Drehstrom“ an, in der Küche dient er zum Anschließen des E-Herds. In der Schuko-Steckdose tritt Wechselstrom einphasig auf. Beide „Sorten“ können vom Elektroauto getankt werden, müssen an Bord aber in Gleichstrom umgewandelt werden, um in der Batterie gespeichert werden zu können.
Der Schmelzofen hat bald ausgedient
Es gibt also sehr gute Gründe, die Metalle aus gebrauchten Batterien zurück zu holen. Bis dato wurde das meist durch pyrometallurgische Verfahren gemacht. Bei den Metallrecyclern wie der Nickelhütte Aue oder Umicore in Belgien wurden Altbatterien, wie auch im überwiegenden Rest der Welt, bis vor kurzem meist eingeschmolzen. Damit konnten die beiden teuersten Rohstoffe, Nickel und Kobalt, zurückgewonnen werden, weil sie erst bei sehr hohen Temperaturen schmelzen; über die unterschiedlichen Schmelzpunkte lassen sie sich gut von den anderen Metallen in der Batterie trennen. Das Verfahren hat jedoch große Nachteile: Zum einen benötigt es viel Energie; zum anderen gehen die anderen wertvollen Stoffe alle verloren, darunter Grafit und Lithium.
Besser ist es, die Batterie mechanisch in ihre Einzelteile zu zerlegen. Das ist technisch bereits weitgehend machbar, weil man dabei auf lange etablierte Prozesse der Recyclingindustrie zurückgreifen kann: Die Batterien werden zunächst entladen und vom flüssigen Elektrolyten, meist eine brennbare, organische Flüssigkeit, befreit. Dann kommen die Module in einen Schredder. Im Schredder-Granulat lässt sich Stahl, etwa aus dem Gehäuse der Zellen, per Magnet absondern. Kunststoffteile sind leichter als der Rest des Materials, sie lassen sich wegpusten. Ein paar Reinigungs- und Trennschritte später bleibt die sogenannte Schwarzmasse übrig. Ihre Farbe verdankt sie dem hohen Grafitanteil, der große Teile des Minuspols einer Batterie ausmacht. Sie enthält aber auch die wertvollsten Stoffe einer Lithium-Ionen-Zelle, die am Pluspol verbaut sind: Nickel, Kobalt, Kupfer und das Lithium selbst.
„Mechanische Verfahren sind die günstigsten und schnellsten, aber mit Mechanik kommt man an diesem Punkt nicht weiter“, erklärt Peter Dold, Professor für Kristallisationstechnologie am Fraunhofer Institut CSP in Halle, der unter anderem an Recyclingmethoden für seltene Metalle forscht. „Um an die Wertstoffe in der Schwarzmasse heran zu kommen, braucht man weitergehende Verfahren“, so Dold. Einschmelzen wäre eines, es ist die insgesamt zweitgünstigste Methode. Aber beim Einschmelzen gegen sowohl das Lithium, als auch das Grafit kaputt; sie verbrennen zum Teil, oder sie verbacken mit anderen Stoffen zu Schlacke. Jedenfalls lassen sie sich so nicht mehr für neue Batterien verwenden.
Metall in Säure auflösen
In den vergangenen Jahren haben Wissenschaftler neue, bessere Methoden entwickelt, mit denen sich 90 bis 96 Prozent aller Materialien zurück gewinnen lassen, die in einer Lithium-Ionen-Batterie verbaut sind, auch das Grafit und das Lithium. Dabei wird die Schwarzmasse nicht in Schmelzöfen, sondern in Säurebädern, meist in der relativ günstigen Schwefelsäure, aufgelöst; die Metalle lassen sich später alle als Salze einsammeln: Lithium als Lithiumcarbonat, Nickel als Nickelsulfat, Kobalt als Kobaltsulfat, und so weiter. Das Problem: dieses Verfahren ist aufwendig und daher noch teuer. Zwar arbeiten nicht mehr nur Forschungslabore, sondern auch industrielle Anwender damit, wie ein australisch-deutsches Joint-Venture im Siegerland. „Aber um das industrieweit rentabel betreiben zu können, braucht man einen stetigen Materialzufluss von mehreren 1000 Tonnen im Jahr“, sagt Forscher Dold. „Das gelingt kaum mit kleinen Batterien aus Elektrogeräten; es lohnt sich für die breite industrielle Anwendung, wenn größere Mengen E-Auto-Batterien auf den Markt kommen.“ Das dürfte aber noch einige Jahre dauern, meint Dold. Denn die Autobatterien halten sehr lange, mancher Teslafahrer etwa hat schon 700.000 Kilometer und mehr mit seiner Batterie zurückgelegt. Und danach können die gebrauchten Akkus noch ein Zweitleben in stationären Speichern führen, etwa für Solarstrom, in denen die physikalischen und elektrochemischen Anforderungen niedriger sind als im E-Auto.
Umweltschonend und billig mit Wasser
Hier wollen Lilian Schwich und ihre Mitgründer Paul Sabarny und Gideon Schwich ansetzen. Im Rahmen ihrer Doktorarbeiten haben die drei an der RWTH Aachen ein neues Verfahren entwickelt, „das auf den etablierten mechanischen und hydrometallurgischen Prozessen aufsetzt“, sagt Werkstoffingenieurin und Co-Gründerin Lilian Schwich. Mehr als sechs Jahre Forschung haben die drei in ihren Prozess gesteckt. Nun bekommen sie vom Berliner Risikokapitalgeber World Fund und von 10xFounders weitere acht Millionen Euro; im vergangenen Jahr hatten andere Risikokapitalgeber, darunter Vsquare und Speed Invest eine erste Seed-Kapital-Runde mit 3,6 Millionen Euro finanziert. Das frische Geld wollen die drei Gründer nun in den Aufbau einer eigenen industriellen Produktionslinie stecken.
Das Cylib-Verfahren kommt mit deutlich weniger giftigen Chemikalien aus als die bisher angewandten hydrometallurgischen Methoden. „Wir setzen an einigen besonders wichtigen Stellen Wasser statt Säuren und Laugen ein“, erläutert Co-Gründer Sabarny. Statt die gesamte Schwarzmasse ins Säurebad zu werfen, lassen sich mit dem neuen Aachener Prozess Lithium und Grafit schon deutlich früher aus dem Stofffluss lösen.
Wie genau das patentierte Verfahren chemisch funktioniert, will Gründerin Schwich mit Blick auf Wettbewerber nicht erklären, aber immerhin so viel: „Es ist uns gelungen, Lithium vor den Säurebädern in eine wasserlösliche Form zu bringen, so dass wir es schon früher im hydrometallurgischen Prozess herausholen können.“ Auch gibt es keine Verunreinigungen mehr, die die späteren Recyclingschritte in anderen hydrometallurgischen Verfahren wieder erschweren. Dadurch sei das Cylib-Verfahren besonders effizient „bei Ausbeute und Einsatz von Chemikalien“, verspricht Wirtschaftsingenieur und Co-Gründer Gideon Schwich.
Möglich wird das unter anderem durch eine spezielle thermische und mechanische Vorbehandlung des Materials. „Wir cracken bestimmte chemische Verbindungen in kleinere Moleküle auf, sodass die wasserbasierte Lithium- und Rückgewinnung möglich wird.“ So will Cylib auch das Grafit mit seinem Verfahren bald „in so guter Qualität recyceln, dass man es sofort wieder für den Bau neuer Batterien einsetzen kann“, sagt Rohstoffingenieur Sabarny. Im Labor klappt das bereits. Grafit aus Batterien galt bis dato als eine der größten Schwierigkeiten im Recycling. „Grafit bleibt bei uns in seiner kompletten molekularen Struktur erhalten“, sagt Sabarny. Wenn sich das Verfahren in der Industrie etabliert, darf es sich mit Fug und Recht als Recycling-Durchbruch feiern lassen. Denn Grafit wird derzeit zu über 95 Prozent in China gefördert und aufbereitet.
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