Nachhaltige und umweltschonende Produktion von Akkus

Akkus und Batterien haben umweltschädliche Inhaltsstoffe. Dies erweist sich nicht nur bei der Entsorgung, sondern gleichermaßen bei der Herstellung als problematisch. Darum arbeitet die Forschung diesbezüglich an Lösungen. Denn aus dem Alltag sind Akkus heute nicht mehr wegzudenken – es ist also unumgänglich, den Energieträgern zu einer positiven Klimabilanz zu verhelfen.

Akkus sind beliebt – aber zu welchem Preis?

Alleine in Deutschland wurden im Jahr 2017 50.634 Tonnen Akkus und Batterien verkauft. Während erstgenannte Modelle zwar etwas umweltschonender als Primärbatterien sind, so kommen auch bei deren Herstellung schädliche Stoffe zum Einsatz. Gibt ein solches Produkt seinen Geist auf, wird es oftmals nicht fachgerecht entsorgt. Dies ist ein wahres Problem. Denn ein Akku enthält toxische Schwermetalle wie Quecksilber und Blei. Und ebendiese erweisen sich als äußerst schädlich, wenn sie im Restmüll landen.
Doch auch die Herstellung der Akkus ist alles andere als umweltfreundlich. Es sind dafür sehr große Mengen an Energie erforderlich. Außerdem kommt es zum Ausstoß von mehreren Tonnen Kohlenstoffdioxid. Eine Kilowattstunde Batteriekapazität resultiert laut dem Heidelberger IFEU-Institut in 125 Kilogramm CO2. Dies ist vor allem bei E-Autos von Bedeutung. Wird ein Wagen mit einer Akku-Kapazität von 24 Kilowattstunden hergestellt, werden dabei rund drei Tonnen CO2 freigesetzt. Jener Wert lässt sich mit der CO2-Menge je Flugzeug-Passagier, bei einer Strecke von New York nach Berlin vergleichen. Dieser Aspekt macht die klimaverträglichen Eigenschaften von E-Fahrzeugen also fast zunichte. Daher ist es notwendig, nach einem alternativen Herstellungsverfahren Ausschau zu halten.

Die Rohstoffgewinnung als Problem

Ein wichtiger Rohstoff des Lithium-Ionen-Akkus ist Kobalt. Es sind auf der Welt derzeit 7.000.000 Tonnen Reserven vorhanden, wobei der Großteil dieses Inhaltsstoffs in der Demokratischen Republik Kongo abgebaut wird. Handelt es sich dabei um den industriellen Tagebau, unterliegt er geprüften Sicherheits- und Umweltbestimmungen. Problematisch wird es jedoch dann, wenn Menschen auf eigene Faust nach diesem Rohstoff graben. Ein Projekt zur Zertifizierung von Rohstoffen (CERA) arbeitet derzeit daran, die Arbeitsbedingungen vor Ort zu verbessern. Außerdem ist es für eine nachhaltige Herstellung von Akkus notwendig, Kinderarbeit zu verhindern. Darum ist unter anderem die Global Battery Alliance bemüht. Das Ziel besteht darin, die Situation für die Bevölkerung im Kongo nachhaltig zu verbessern. Dafür ist es notwendig, Probleme zu identifizieren, konkrete Maßnahmen einzuleiten und die Umsetzung derselben zu überprüfen.
Ein weiterer Rohstoff, der mit einem Nachhaltigkeitsrisiko verbunden ist, stellt Lithium dar. Wie der Name bereits verrät, ist auch er in größeren Mengen in einem Lithium-Ionen-Akku enthalten. Große Reserven kommen in den Salzseen Südamerikas vor, wobei weltweit noch 17.000.000 Tonnen des Rohstoffs vorhanden sind. Gewonnen wird das Lithium aus Solen, die man an die Oberfläche pumpt, sodass das Wasser an ihnen verdunsten kann. Danach ist es möglich, den Rohstoff abzubauen und zu verarbeiten. Damit ist jedoch ein höherer Wasserverbrauch verbunden. Dies hat natürlich negative Auswirkungen auf die Umwelt. Doch es ist auch möglich, das Lithium als Feststoff abzubauen. Dies geschieht derzeit im herkömmlichen Erzbergbau in Australien. Hier wird ebenfalls ein großer Anteil des Rohstoffs gewonnen. Wollen Betriebe negative Auswirkungen auf die Umwelt eindämmen, ist auch beim Lithium-Abbau auf die Einhaltung von Umwelt- und Sozialstandards zu achten. Es gilt hierbei, Problembereiche sowie potenzielle Gefahrenquellen zu ermitteln und sie bereits im Vorfeld einzudämmen. Auf diese Weise lassen sich nicht Umweltschäden, sondern gleichermaßen negative Auswirkungen auf den Menschen langfristig verhindern.

Silizium aus Glasabfällen als Lösungsansatz

Derzeit arbeitet der „2° Campus“ an einer umweltverträglichen Lösung für Akkumulatoren. Es geht hierbei darum, Batterien und Akku von größerer Effizienz zu erzeugen. Auch an der Speicherkapazität wird derzeit gearbeitet. Denn hält ein solcher Energieträger länger, ist die Produktion einer geringeren Stückzahl ausreichend. In diesem Fall findet nämlich seltener ein Austausch des Akkumulators statt. Eine wichtige Rolle spielt beim neuesten Projekt recyceltes Silizium, das bei der Produktion neuer Akkus eingesetzt wird. Dieses wird aus Glasabfällen gewonnen, sodass auch eine klimafreundlichere Herstellung gewährleistet ist.

Mehr Recycling als Ziel

Gemäß Experten lässt sich das Problem der umweltschädlichen Produktion von Akkus nur dann lösen, wenn vermehrt auf Recycling gesetzt wird. Die Verwendung kritischer Rohstoffe ist des Weiteren zu minimieren und auf lange Sicht vollständig zu vermeiden. Vor allem der Gehalt an Kobalt ist in Batterien zu reduzieren.
Der Bedarf an Rohstoffen lässt sich des Weiteren durch den steigenden Anteil an Altbatterien decken. Bewährt hat es sich dabei, älteren Produkten ein sogenanntes „zweites Leben“ zu ermöglichen. Nicht immer muss ein solcher Akku in einem E-Auto zum Einsatz kommen. Auch in Schnellladesäulen erfüllt dieser seinen Zweck. Allerdings ist auch die Gewinnung der einzelnen Bestandteile der bereits aufgebrauchten Batterien und deren Wiederverwendung ein Schritt in die richtige Richtung.

Die Verwendung seltener Erden reduzieren

Die Verwendung knapper, seltener Rohstoffe ist ein weiterer Grund, weshalb derer die Akku-Produktion unter Kritik steht. Auch begrenzte Erden zieht der Prozess so in Mitleidenschaft. Für die Flora und Fauna einer Region ist dies natürlich ein beachtlicher Nachteil. Ein solches Vorgehen kann zu einem vermehrten Artensterben beitragen und klimaschädlich sein. Der übermäßige Abbau seltener Rohstoffe ist daher unbedingt einzudämmen. Mithilfe verstärkter Recycling- und Nachhaltigkeits-Standards, wollen einige Unternehmen und Staaten in diesem Bereich eine Besserung erzielen.

Umweltschonende Materialien für die Herstellung

Nicht nur mit Silizium ließen sich die Rohstoffe Kobalt und Lithium ersetzen. Auch mit Titannitrid ließe sich in puncto nachhaltiger Akku-Herstellung ein Durchbruch erzielen. Mit der Suche nach einem leitfähigen, klimaverträglichen Material beschäftigen sich die Forscher der ETH Zürich. Ebendiese loben das keramische Material aufgrund seiner beachtlichen Leitfähigkeit. Desweiteren ließe sich dieses einfach herstellen. Denn Titannitrid setzt sich aus Stickstoff und Titan zusammen. Beide Elemente kommen in der Umwelt häufig vor. Der Stoff käme bei Akkus vor allem zur Beschichtung der Leiter zum Einsatz. Letztere ließen sich daher aus herkömmlichem Metall oder sogar Kunststoff herstellen.
Polypyren könnte bei Batterien Graphit ersetzen. Aus letztgenanntem Material besteht nämlich bei vielen Produkten die positive Elektrode. Mit Polypyren ließe sich nicht nur die Umwelt schonen, sondern gleichermaßen ähnlich viel Energie speichern. Es handelt sich hierbei um einen Kohlenwasserstoff, der eine kettenförmige Molekülstruktur aufweist. Zwischen diesen Molekülketten ist viel Platz vorhanden. Die vergleichsweise großen Ionen einer Elektrolytflüssigkeit können damit in das Elektrodenmaterial eindringen und dieses aufladen.

Ein Fokus auf die menschliche Komponente

Wert ist bei der Herstellung von Akkus nicht nur auf Nachhaltigkeit zu legen. Es sind bei diesem Prozess stets die Arbeitsbedingungen im Blick zu behalten. Vor allem in Dritte-Welt Ländern findet der Abbau von Rohstoffen oft unter menschenunwürdigen Voraussetzungen statt. Zu erwähnen, ist in diesem Kontext besonders die Kinderarbeit. In vielen Staaten findet der Abbau der Rohstoffe für die Akkus durch Kinder und unter schlechten Bedingungen statt. Gemäß der Forschung, sind Regierungen und Betriebe dazu angehalten, hier durch die Einführung und Kontrolle von Vorschriften gegenzusteuern.

Darum lohnt sich eine umweltschonende Produktion langfristig

Derzeit ist nicht abzustreiten, das E-Fahrzeuge in puncto Umweltschutz eine tragende Rolle spielen. Es ist sogar davon auszugehen, dass die innovative Technologie Autos mit Otto-Motor in naher Zukunft zunehmend aus dem Verkehr verdrängt. Allerdings stoßen E-Pkws sowohl in der Politik als auch in der Bevölkerung oft noch auf Skepsis. Sollen sich die mit Akkus angetriebenen Autos aber langfristig durchsetzen, müssen sie sich deutlich positiv von der Otto-Variante abheben.

Mit welchem Zeithorizont ist bis zum Umsetzen umweltschonender Produktion zu rechnen?

Pauschal lässt sich diese Frage nicht beantworten. Immerhin handelt es sich bei beschriebenem Vorhaben um einen andauernden und schrittweise stattfindenden Prozess. Forscher suchen kontinuierlich nach Wegen, um die Produktion von Akkus und Batterien klimaverträglicher zu machen. Mit derzeitigem Wissensstand ist damit zu rechnen, dass in der Herstellung jener Komponenten in den nächsten fünf bis zehn Jahren ein Durchbruch stattfindet. Bis sich alle Staaten einem umweltfreundlichen Abbau von Rohstoffen sowie einer Kontrollierten Produktion verschreiben, kann es allerdings noch ein wenig dauern.

E-Fahrzeuge überzeugen mit einer generell guten Energiebilanz

Generell ist eine umweltschädliche Erzeugung von Akkus mit negativen Auswirkungen für die Energiebilanz von E-Fahrzeugen verbunden. Denn trotz der klimaverträglichen Antriebsform, wird durch die Herstellung der Fahrzeuge und deren Komponenten die Umwelt belastet. In diesem Kontext ist jedoch anzumerken, dass die negativen Faktoren seitens vieler Medien und auch Politiker überzogen dargestellt werden. Kurz gesagt: die Energiebilanz von E-Autos ist besser, als bisher angenommen wurde. Dies ist auch den Entwicklungen der letzten Jahre zu verdanken. Da viele Unternehmen ihre Produktionsstätten von Akkus vergrößerten, kommt es zu einem geringeren Ausstoß an schädlichen Gasen in die Atmosphäre. Außerdem nimmt der Anteil an alternativer Energie beim Antrieb des E-Verkehrs zu. Der Gehalt ist zwar auch diesbezüglich noch eher gering, allerdings hat die Summe an Öko-Strom bei der Energieversorgung von E-Autos zugenommen.
Für die Herstellung von Batterien und Akkus wird ebenfalls vermehrt auf alternative Stromquellen zurückgegriffen. Der ökologische Fußabdruck der Branche soll sich in Zukunft daher weiter verringern.

Fazit – Akkus beeinflussen die Öko-Bilanz von E-Fahrzeugen

E-Autos gelten als umweltfreundliche Alternative zu klassischen Otto-Motoren. Und dies zu Recht. Allerdings wird die Öko-Bilanz der Wägen durch die derzeit noch umweltschädliche Herstellung von Akkus negativ beeinflusst. Die Forschung ist daher darum bemüht, für dieses Problem eine Lösung zu finden. Derzeit wird eine Kombination aus kontrolliertem Abbau der Rohstoffe und Recycling gesetzt. Langfristig ist ein Verzicht auf problematische Inhaltsstoffe anzustreben. Auf diese Weise ließe sich die CO2-Bilanz bei der Akku-Herstellung deutlich verbessern. Doch Betriebe sind auch dazu angehalten, die Arbeitsbedingungen bei der Rohstoffgewinnung im Blick zu behalten. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Prozess in Dritte-Welt-Staaten stattfindet. Noch immer kommt es dort zu Kinderarbeit und dem unkontrollierten Abbau von Lithium und Kobalt.