E-Auto-Batterien: Wie die Herstellung nachhaltiger wird.

Warum die Herstellung von E-Auto-Batterien umweltfreundlicher werden muss.

Der Akku ist das Herz eines jeden Elektroautos. Es versorgt den Motor mit Energie und bestimmt die Fitness des E-Autos: Wie weit es fährt, wie schnell es fährt, wie lange das Laden dauert und vieles mehr. Wie die Herstellung der Batterie abläuft, ist maßgebend, wie schnell du mit deinem Elektroauto wirklich klimafreundlicher unterwegs bist. Denn laut BMWi macht die Batterie rund 40 % der Wertschöpfung eines Elektroautos aus.

Entsprechend ist die Klimabilanz eines Elektroautos verglichen mit einem Verbrenner anfangs schlechter. So fallen beispielsweise bei der Produktion eines Audi e-trons 55 laut dem Magazin Efahrer rund 20,2 t Tonnen CO2 an. Bei einem vergleichbaren Verbrenner dagegen nur 6,8 Tonnen. Bei dem Elektromodell entstehen allein 7,5 Tonnen CO2 bei der Produktion der Batterie. Aber was macht die Batterie eigentlich so problematisch? Es sind zum Beispiel die Stoffe, die in ihr verbaut sind.

Das steckt in den Akkus.

In fast allen Elektroautos sind Lithium-Ionen-Akkus eingebaut. Sie haben sich bislang als beste Lösung entpuppt, weil Lithium als leichtes Metall große Energiemengen speichern kann. Aber was gut für den Fahrer ist, muss noch nicht gut für die Umwelt sein. Denn die Förderung der Rohstoffe Lithium und Kobalt, die auch in Elektroauto-Batterien verarbeitet sind, haben viele soziale, politische und ökologische Auswirkungen.

Lithium.

Lithium wird immer noch zu einem großen Teil in den ausgetrockneten Salzseen Chiles, den sogenannten Salaren, abgebaut. Wenn beim Lithium-Abbau das salzhaltige Wasser aus der Erdschicht in die Becken der trockenen Seen gepumpt wird, strömt das Grundwasser nach, wodurch der Spiegel sinkt. So wird es zumindest vermutet. Denn die umliegenden Regionen leiden unter zunehmender Trockenheit. Neben Faktoren wie dem Klimawandel oder dem Tourismus wird auch der Lithium-Abbau dafür verantwortlich gemacht. Nebenbei mausert sich gerade Australien zum wichtigsten Lithiumproduzenten. Anders als in Chile, Bolivien oder Argentinien wird das Lithium hier nicht in Salzseen, sondern im Bergbau gewonnen.

Kobalt.

Kobalt, das in Lithium-Ionen-Batterien verarbeitet ist, um die Kathoden zu schützen, ist ein ebenso umstrittenes Material. Der Bedarf für E-Autos ist etwa 3.000-mal größer als für Smartphones oder Laptops. Die Förderung ist eine delikate Sache. Über die Hälfte der weltweiten Kobalt-Reserven liegen in der Demokratischen Republik Kongo. Laut Umweltbundesamt sind dort viele Ökosysteme durch den Abbau bedroht. Teilweise zerstört er fruchtbares Land, verschmutzt das Wasser und die Luft. Amnesty International prangert vor allem die Kinderarbeit an. Nach einem Bericht der Menschenrechtsorganisation schuften teilweise schon 7-Jährige bis zu 12 Stunden in den Minen, für einen Hungerlohn und unter katastrophalen Gesundheits- und Sicherheitsstandards. An dem Geschäft sollen sich mancherorts lokale Milizen, illegale Zwischenhändler und ausländische Firmen bereichern.

Die Problematik ist auf dem Tisch.

Deshalb haben wir als Konsument:innen auch immer die Aufgabe zu hinterfragen, wie die Dinge hergestellt werden. Dank Organisationen wie Amnesty International können Unternehmen heute kaum noch an der Öffentlichkeit vorbei produzieren. Das zwingt auch die Autohersteller zum Handeln und uns zum Mitdenken. Die Diskussion um die Elektromobilität hat es geschafft, die Kobalt-Problematik auf den Tisch zu bringen, die viele – wenn wir alle mal ehrlich sind – jahrelang bei anderen elektronischen Geräten oft nicht beachtet oder verdrängt haben. Einige Hersteller fördern mittlerweile Kooperativen im Kongo, die auch auf die Entwicklung in den umliegenden Gebieten einzahlen. Neben der Wasserversorgung, soll auch die medizinische Versorgung und das Bildungsangebot verbessert werden. Ein Beispiel ist das Programm Cobalt for Development von BMW, BASF und Samsung.

Lieferkettengesetz unerlässlich.

Damit es nicht bei Projekten bleibt, sondern wirklich eine Veränderung der Wirtschaft stattfindet, braucht es aber ein Lieferkettengesetz. Denn mit der Freiwilligkeit ist das immer so eine Sache. Ein Lieferkettengesetz würde Unternehmen wirklich dazu verpflichten, ihre Lieferketten zu durchleuchten und auf allen Ebenen für bessere Arbeitsbedingungen und Sozialstandards zu sorgen. Eigentlich sollte das "Gesetz über die unternehmerischen Sorgfaltspflichten in Lieferketten" schon im Mai 2021 verabschiedet werden. Der Termin wurde verschoben. Schon im Vorfeld hatten Kritiker:innen bemängelt, dass das Gesetz zu lax ist und mehr die Unternehmen schützt, als den Naturschutz und die Rechte der Beschäftigten zu stärken.

Der Bedarf an Lithium und Kobalt steigt.

Laut einer Studie von Fab4Lib und Öko-Institut werden die Autobauer im Jahr 2050 rund 1,1 Millionen Tonnen reines Lithium und etwa 800.000 Tonnen Kobalt für Elektroauto-Batterien benötigen. 2016 lag der Bedarf noch bei 10.000 Tonnen und Lithium und 20.000 Tonnen für Kobalt. Weil klar ist, dass der Rohstoffbedarf von E-Auto-Batterien steigt, versuchen die Autobauer ihre Batterien nachhaltiger zu bauen und ihre Lieferketten in den Griff zu bekommen. Ein paar Beispiele.

5 Ansätze für eine nachhaltigere E-Auto-Batterie.

1. Deutschland macht sein eigenes Lithium.

Auch wenn der Zusammenhang zwischen der Trockenheit in Chile und dem Lithium-Abbau nicht ausreichend untersucht ist, haben einige Autobauer schon die Konsequenzen gezogen: Sie bestellen ihr Lithium nun vorwiegend aus dem Erzbergbau in Australien oder aus Marokko. Gleichzeitig sucht man nach Fördermöglichkeiten vor der eigenen Haustür. Lithium gibt es auch im Thermalwasser der tiefen Gesteinslagen im Oberrheingraben zwischen Frankfurt und Basel. Ein neues Verfahren, das am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelt wurde, soll einen umwel- und klimaschonenden Abbau möglich machen. Ohne dass schädliche Stoffe freigesetzt werden oder Thermalwasser verlorengeht – das Wasser wird einfach wieder in die unteren Schichten zurückgepumpt. Auch die Technik steht schon. Zur Lithium-Förderung könnten bestehende Geothermieanlagen zum Einsatz kommen, die bereits für die Strom- und Wärmegewinnung in der Region genutzt werden. Entsprechend könnte man als Nebenprodukt Strom und Wärme produzieren.

Lithium für 400 Millionen E-Autos

Nach einem Bericht der Frankfurter Allgemeinen Zeitung soll das Lithium für 400 Millionen Elektroautos reichen. Europa könnte sich dadurch unabhängiger von Importen machen. Nach Schätzungen der EU-Kommission wird Europa bis zum Jahr 2030 bis zu 18 mal so viel Lithium benötigen wie heute, bis zur angestrebten CO2-Neutralität im Jahr 2050 sogar 60 mal so viel.

2. E-Auto-Batterien bekommen ein Nachhaltigkeitssiegel.

Um es dem Käufer transparenter zu machen, wie ihr Elektroauto, vor allem die Batterie, hergestellt wurde, entwickelt die Global Battery Alliance (GBA) derzeit einen Batteriepass. Faktisch ist dies ein Nachhaltigkeitssiegel für E-Auto-Batterien. Der Pass schließt nicht nur Kinderarbeit aus, er ist ebenso ein Nachweis, dass beim Bau der Batterie und der Förderung der Rohstoffe Sicherheits- und Gesundheitsstandards eingehalten wurden. Außerdem gibt der Batteriepass Auskunft über den CO2-Ausstoß und den Wasserverbrauch auf bestimmten Wertschöpfungsstufen. Die Global Battery Alliance rechnet ab 2022 mit einer Marktreife des Siegels.

3. Hersteller arbeiten an Kobalt-reduzierten Akkus.

Andere Hersteller arbeiten daran, den Kobalt-Anteil in den Batterien zu reduzieren. Laut einem Bericht des Elektromobilität-Portals EFAHRER will etwa TESLA den Kobalt-Anteil in seinen Akkus auf ein Drittel reduzieren und sitzt bereits an neuen Akkus, die komplett ohne diesen Rohstoff auskommen sollen.

4. Es gibt Alternativen zu Lithium und Kobalt.

Zink-Luft-Batterie.

Eine Möglichkeit könnten wiederaufladbare Zink-Luft-Batterien sein, wie sie zum Beispiel bei Hörgeräten zum Einsatz kommen. Vorteil der Batterien: Sie sind günstiger in der Produktion, können fast vollständig recycelt werden und sollen dreimal so viel Ladekapazität fassen wie Lithium-Ionen-Batterien. Außerdem können die Batterien mit der umgebenden Luft zusätzliche Energie erzeugen. Die Reichweite von Elektroautos würde sich damit stark erhöhen. Ein weiterer Vorteil der Zink-Luft-Batterien ist außerdem, dass ihr Memory-Effekt noch geringer ist als bei Lithium-Ionen-Batterien. Dies würde für eine längere Lebensdauer sorgen. Der Memory-Effekt beschreibt die abnehmende Ausdauer des Akkus. Man kennt das von alten Nickel-Cadmium-Akkus von beispielsweise iPods der ersten Generation. Wenn man ihn immer nur ein bisschen lud, aus Sorge er könnte unterwegs den Geist aufgeben, hat man letztlich nur dafür gesorgt, dass der Akku immer schneller leer wurde. Eine kommerzielle Nutzung der Zink-Luft-Batterien wird trotzdem noch eine Weile dauern. Grund: In der Batterie bleiben Zinkruckstände zurück, die für Kurzschlüsse sorgen könnten. Die Forschung sitzt dran.

Natrium-Ionen-Akkus.

Eine weitere Alternative sind Natrium-Ionen-Akkus. Da Natrium sowohl in der Erdkruste als auch im Meer in Form von Natrium-Ionen ausreichend vorhanden ist, wäre ihr Herstellung deutlich ressourcenschonender als die von Lithium-Ionen-Batterien. Spannend sind vor allem die Anoden in der Batterie. Laut einem Bericht von energyload können sie aus Biomasse hergestellt werden, etwa aus Holz, Maiskolben oder Erdnussschalen. Im Moment kommen die Natrium-Ionen-Akkus in ihrer Power nicht an klassische Lithium-Ionen-Akkus heran. Dafür sind nachhaltiger und auch günstiger. Außerdem könnten Hersteller von Lithium-Ionen-Akkus ihre Produktion auf Natrium-Ionen-Batterien anpassen.

Superbatterie von Innolith.

Jeder will die Superbatterie. Und das Schweizer Unternehmen Innolith behauptet, wirklich eine besonders leistungsstarke Batterie entwickelt zu haben. Sie schafft 55.000 Ladezyklen, brennt nicht und auch sie ist frei von exotischen Materialien wie Kobalt. Hinzu kommt eine Energiedichte von 1.000 Wh/kg – das ist vier Mal höher als alles, was derzeit auf dem Markt ist. Das soll durch den Umstieg auf anorganische Elektrolyte funktionieren. Bislang wurden nur organische Elektrolyte in Batterien genutzt. Diese bringen ein höheres Brandrisiko mit sich, sowie eine geringere Leistung. Indem Innolith auf anorganische Elektrolyte setzt, wird beides umgangen und eine höhere Energiedichte erreicht. Klingt doch gut – und ab wann gibt es diese Superbatterie? Laut Innolith soll sie in drei bis fünf Jahren (Stand 2020) bereit für die Massenproduktion sein. Ob diese Aussage verlässlich ist, wird in den Medien jedoch stark diskutiert. Erst Praxistests werden zeigen, ob die Superbatterie der versprochene Durchbruch sein wird.

5. Second Life Ansätze für E-Auto-Batterien.

Der Lebenszyklus einer Batterie ist nicht beendet, nur weil sie nicht mehr für ein Elektroauto genutzt werden kann. Im Gegenteil: Als Speicher kann sie weitere 10 Jahre eingesetzt werden, bevor sie recycelt wird. Das Öko-Institut und Fab4Lib stellen in einer gemeinsamen Studie fest, dass der weltweite Bedarf an Kobalt für Lithium-Ionen-Batterien bis 2030 zu 10 % aus Batterie-Recycling gewonnen werden könnte, und bis 2050 sogar zu 40 %.

Batterien von Elektroautos können zudem im „Second Life“ als Stromspeicher genutzt werden, wie beispielsweise ein Projekt von Vattenfall, BMW und Bosch zeigt. Durch diese Second-Life-Nutzung wird die gesamte Batterie nachhaltiger, denn sie durchlebt mehrere Lebenszyklen. Es wird also nicht nur daran gearbeitet, die Herstellung von Batterien umweltfreundlicher zu machen, sondern auch weitere Nutzungsmöglichkeiten zu erschließen, um ihr volles Potential auszuschöpfen.

Wie du nachhaltiger mit dem E-Auto-Akku umgehst.

Nicht nur die Hersteller stehen in der Verantwortung, auch wir als Fahrer können dafür sorgen, dass die Akkus länger halten. Bislang ging man davon aus, dass Lithium-Ionen-Akkus, wie sie typischerweise in Elektroautos eingebaut sind, an die 150.000 Kilometer mitmachen. Inzwischen rechnet die Forschung mit einer Lebensdauer von bis zu 500.000 Kilometern. Wie lange der Akku letztlich hält, hängt von vielen Faktoren ab. Kleinere Batterien können frühzeitiger verschleißen, weil sie schneller heiß werden und mehr Ladezyklen benötigen. Andererseits hilft Ihr Leichtgewicht beim Energie sparen. Als Fahrer hast du folgende Möglichkeiten, die Lebensdauer deiner Elektroautobatterie zu erhöhen.

• Fahr den Lithium-Ionen-Akku nie komplett leer und lade ihn nicht maximal auf – empfohlen ist ein Ladestand zwischen 20 % und 80 %.
• Ist der Akku randvoll, dann lass das Elektroauto nicht stehen, sondern fahr gleich damit.
• Langsameres Laden ist auf Dauer besser als immer wieder der schnelle Shot an der Schnellladesäule.
• Lade-Apps helfen dir, den besten Ladezustand zu finden.
• Der Akku mag weder Hitze noch Kälte, sondern milde Temperaturen zwischen 15 und 25 °C. Bei extremen Temperaturen laufen die chemischen Prozesse in der Batterie nicht optimal. Such dir im Sommer ein schattiges, im Winter ein warmes Plätzchen. Lade im Winter das E-Auto, solange es noch vom Fahren warm ist.
• Vermeide starkes Beschleunigen und gib nicht immer so Gas – vor allem nicht, wenn der Akku noch kalt ist.
• Die Batterie sollte einmal Jahr zum Check. Die E-Werkstatt macht die Batterie schön sauber und behandelt sie mit dem richtigen Fett.

Umweltbilanz der Elektroautos wird insgesamt besser.

So hoch ist der CO2-Fußbadruck einer Elektroauto-Batterie.

Die Entwicklung der Batterien sorgt auch dafür, dass E-Autos die Verbrenner umwelttechnisch längst überholt haben. Eine Studie der Nichtregierungsorganisation ICCT ergab, dass die Elektroautos der Kompaktklasse 2021 in Europa jetzt schon 66 bis 69 % weniger Treibhausgase emittieren als Benziner – auf den kompletten Lebenszyklus gerechnet!

Auch andere Untersuchungen deuten in die Richtung. Eine Untersuchung an der Universität Eindhoven ergab, dass ein Model 3 von Tesla die Treibhausgase, die bei der Produktion anfallen, nach rund 30.000 Kilometern durch emissionsfreies Fahren wettgemacht hat. Grund: Während 2017 die Produktion einer Kilowattstunde Batteriekapazität noch 175 Kilogramm CO2-Äquivalente verursachte, sind es jetzt wohl nur noch 75 Kilo CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde Batteriekapazität.

Auch das Fraunhofer-Institut kommt zum Ergebnis, dass die Batterieproduktion mit immer weniger Treibhausgasemissionen verbunden ist. Demnach muss ein Elektroauto mit einer 40-kWh-Batterie, das 2019 gekauft wurde, etwa 52.000 Kilometer fahren, um eine bessere Treibhausgasbilanz als ein Benziner zu haben. Und das wenn der herkömmliche Strommix geladen wird. Bereits mit dem Mix aus Kohle- und Ökostrom aus dem öffentlichen Netz liegen die Treibhausgase beim Fahren auf die gesamte Fahrtnutzungsdauer gerechnet 32 % unter den Verbrenner-Werten.

So stark verbessert Ökostrom die CO2-Bilanz eines E-Autos.

Richtig positiv fällt die Sache aus, wenn konsequent Ökostrom geladen wird. Nach einer Berechnung von Transport & Environment verursacht ein mit Ökostrom geladenes E-Auto, dessen Batterie ebenso mit erneuerbarer Energie produziert wurde, in Deutschland rund fünfmal weniger CO2 als ein herkömmliches Auto. Am klimafreundlichsten ist man derzeit in Schweden unterwegs. Mit Ökostrom im Tank und einer Batterie, die im eigenen Land gefertigt wurde, verursachen dort E-Autos rund 80 % weniger Treibhausgase als Benziner und Diesel.

Es bleibt also entscheidend, dass Ökostrom geladen wird. Wer darauf verzichtet, verschenkt die Chance, wirklich etwas zu verändern. Laut Fraunhofer-Institut können mit der richtigen Ladung – selbst bei hohen Batteriekapazitäten und einer schlechten CO2-Bilanz in der Batterie-Herstellung – die Treibhausgase schnell ausgeglichen werden. Bei einem Mittelklasse-Pkw mit einer 40-kWh-Batterie ist die CO2-Bilanz gegenüber einem Verbrenner mit Ökostrom schon nach 20.000 Kilometern positiv. Bei einem Oberklasse-E-Auto mit einer 120-kWh-Batterie sind die Treibhausgase nach 100.000 Kilometern ausgeglichen. Die Treibhausgaseinsparung liegt auf die Fahrtnutzungsdauer gerechnet beim Mittelklasse-Pkw bei 68 %, bei der Oberklasse bei 66 %.