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Portrait von Johannes Oehl

Elektrofahrzeug-
batterien ein zweites Leben ermöglichen

 

Die Zahl der Elektrofahrzeuge nimmt weltweit deutlich zu. Das ist einerseits gut für das Klima, weil der CO2-Ausstoß im Straßenverkehr sinkt. Doch andererseits ergibt sich eine neue Herausforderung: Die Entsorgung beziehungsweise Verwertung der Fahrzeugbatterien ist bis heute nicht endgültig gelöst. Dr. Johannes Öhl vom Fraunhofer IWKS gibt einen Überblick über die bisherigen Möglichkeiten.

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Dr. Johannes Öhl

ist Leiter des Projekts AutoBatRec2020 und beschäftigt sich in der Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS mit dem Recycling der Batterien aus Elektrofahrzeugen.

Herr Öhl, was ist die größte Herausforderung bei der Entsorgung von Elektrofahrzeugbatterien?

Öhl Tatsächlich geht es eher selten um die Entsorgung der Bestandteile von Lithium-Ionen-Batterien, da diese aus wertvollen Materialien wie Cobalt bestehen. Vielmehr geht es um eine Weiterverwendung, entweder von ganzen Bauteilen oder von einzelnen Stoffen. Die Herausforderung ist es dabei, die einzelnen Materialien sortenrein auseinander zu bauen, denn nur so können sie weiter genutzt werden. Das macht den Prozess aufwendig.

Warum ist es so schwierig, die Stoffe genau zu trennen?

Öhl Es ist die Vermischung der Stoffe, die die Rückgewinnung so schwierig macht, etwa im Aktivmaterial aus Lithium, Nickel, Cobalt und Mangan. Einige der Materialen können Gefährdungen hervorrufen, wenn sie mit Wasser in Kontakt kommen oder wenn Staubpartikel entstehen. Deshalb können die Batterien beispielsweise nur unter bestimmten Voraussetzungen geschreddert werden. Außerdem ist die sortenreine Trennung der einzelnen Materialien aufgrund ihrer Beschaffenheit eine große Herausforderung, zum Beispiel bei Aluminium- und Kupferfolien oder bei feinpulvrigen Aktivmaterialien.

Wenn die Stoffe teilweise für den Menschen gefährlich sind, warum kann dann beim Bau der Batterien nicht auf sie verzichtet werden?

Öhl Bisher ist es in der Batterieherstellung alternativlos, auf diese Stoffe zu setzen. Jedoch wird bereits viel daran geforscht, wie man langfristig auf einige Schadstoffe verzichten kann. So ist im europäischen Raum der Anteil des wahrscheinlich krebserregenden Cobalts in Elektrobatterien in den vergangenen Jahren um rund 30 Prozent gesunken – auch aus Kostengründen.

Welche Möglichkeiten gibt es bisher, mit ausrangierten Elektrobatterien umzugehen?

Öhl Hier gibt es drei mögliche Phasen, auch Rephasen genannt. In der ersten Phase der Wiederverwendung, auf Englisch als Re-Use bezeichnet, werden noch funktionsfähige Batterien in ein anderes Fahrzeug eingebaut. Das ist möglich, wenn das Fahrzeug defekt, die Batterie aber intakt ist. Vor allem im Pkw-Bereich wird die Elektrobatterie erst dann endgültig aus dem Fahrzeug ausgebaut, wenn sie weniger als 80 Prozent Ladekapazität hat. Das ist nach jetzigem Wissensstand durchschnittlich nach etwa zehn Jahren der Fall. Aber auch dann kann sie durchaus noch genutzt werden, beispielsweise im Rahmen eines Batteriespeicherkonzepts. Diese zweite Phase ist der Second Use, auch als Remanufacturing bezeichnet. Erst wenn das nicht mehr möglich ist, wird die Batterie wirklich in ihre Einzelteile zerlegt und die Materialien werden recycelt.

Was ist der Nutzen der Second-Use-Lösungen und wie funktionieren sie?

Öhl Der wesentliche Vorteil der zweiten Nutzung nach dem Leben im Fahrzeug liegt darin, dass die Batterien erst deutlich später dem aufwendigen Recycling unterzogen werden müssen. Die meistgenutzte Anwendung für Second Use sind stationäre Energiespeicher. Hier werden Batterien aus Elektroautos zu einem Großspeicher zusammengeschlossen. Dass eine einzelne Batterie weniger Ladekapazität hat, fällt dann nicht mehr ins Gewicht. Im Zusammenschluss können die Batterien dann beispielsweise als Stromspeicher dienen, um Schwankungen im Stromnetz auszugleichen. Leistet eine einzelne Batterie darin nicht mehr genug, kann sie ausgetauscht und dem Recycling zugeführt werden.

Wie sieht das Recycling danach aus und welche Entwicklungen gibt es in diesem Bereich?

Öhl Kann die Fahrzeugbatterie nicht mehr verwendet werden, weil ihre Ladekapazität zu gering oder weil sie beschädigt ist, wird sie in ihre Einzelteile zerlegt. Wir arbeiten am Fraunhofer IWKS beispielsweise an besonders effizienten Möglichkeiten, die Materialien sortenrein voneinander zu trennen. Je mehr reine Werkstoffe wir zurückgewinnen, desto größer kann der Anteil an Rezyklaten in der Batterieproduktion werden. Langfristig geht es darum, alle Bauteile wieder in den Kreislauf zurückzuführen.

Wie wirtschaftlich sind diese Verfahren des Recyclings?

Öhl Wenn es gelingt, die einzelnen Bestandteile deutlich effektiver zu extrahieren als bisher, werden sich die Kosten des Recyclings in den kommenden Jahren verringern. Zum einen, weil Zeit eingespart wird, zum anderen, weil mehr Bestandteile am Ende wiederverwendet werden können. Außerdem wird sich das Recyclingaufkommen in den kommenden Jahren aufgrund der Zunahme der Elektrofahrzeuge erhöhen. Auf diese Weise sind die entsprechenden Anlagen besser ausgelastet und können günstiger arbeiten.

Wie kann der Fahrzeugnutzer pfleglich mit der Batterie umgehen, damit sie möglichst lange genutzt werden kann?

Öhl Letztlich muss jede Batterie, wenn sie alle Rephasen durchlaufen hat, recycelt werden. Man kann jedoch versuchen, diesen Zeitpunkt so weit wie möglich hinauszuzögern, indem man die Batterie in der Nutzungsphase schont. Jeder Lade- und Entladevorgang ist eine mechanische Belastung für die Batterie, die ihre Leistungsfähigkeit verringert. Es kann helfen, die Batterie nie bis zum Anschlag aufzuladen, sondern zum Beispiel immer nur bis auf 80 Prozent. Außerdem hat die Ladeleistung eine Auswirkung auf die Lebensdauer. Je schneller die Batterie geladen wird, desto schlechter für ihre Lebensdauer.

Ein zweites Leben mit MAN

Gemeinsam mit den Verkehrsbetrieben Hamburg-Holstein (VHH) und Volkswagen setzt MAN in Hamburg ein wegweisenden Pilotprojekt zur Nachnutzung von Elektrobatterien um. Im Busdepot der VHH wurden 50 Batterien, die zuvor in VW Passat GTE eingebaut waren, zu einem stationären Batteriespeicher zusammengeschlossen. Dazu wurden sie auf Racks montiert und zu einer Großbatterie zusammengeschaltet. Der Speicher dient dazu, verschiedene Szenarien am Busdepot zu erproben und zu optimieren. Beispielsweise federt der Batteriespeicher die Spitzenlasten beim Laden von Elektrobussen ab (Peak Shaving). Darüber hinaus soll das Pilotprojekt Erkenntnisse zum Alterungsverhalten der Batterien bringen.

Interview   Britta Klasen
Fotos   Fraunhofer IWKS

#Nachhaltigkeit#Elektromobilität#AlternativeAntriebe

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