Batterie-Recycling: E-Auto, Akku, Wiederverwertung, Second Life
Was soll mit alten Akkus von Elektroautos geschehen?
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Bei Elektroautos ist die Lebensdauer des Akkupakets ein Knackpunkt. Was passiert, wenn die Antriebsbatterie in die Jahre kommt? Welche Verfahren gibt es, an welchen Recycling-Konzepten arbeiten die Hersteller?
Bild: Getty
Inhaltsverzeichnis
- Wie ist der Kreislauf bei E-Auto-Akkus?
- Wie viel Kapazität haben E-Auto-Akkus nach zehn Jahren?
- Vor dem Recycling kommt das Entladen
- Wie werden Akkus von E-Autos recycelt?
- Wo recycelt VW die Akkus seiner Elektroautos?
- Wie Mercedes alte Batterien zukünftig verwerten will
- Welchen Partner holte sich BMW fürs Akkurecycling?
- Audi testet mit Tuk-Tuks in Indien
- Welche Aufgabe haben Alt-Akkus bei Jaguar Land Rover?
Alter Akku gleich Abfall? Von wegen! Die Stromspeicher der Elektroautos enthalten viele wertvolle Rohstoffe und werden natürlich recycelt. Noch ist der Maßstab klein, weil die meisten Fahrzeugbatterien noch im Einsatz sind. Doch der Bedarf an Akkuverwertung wächst.
Grundsätzlich verläuft der Akku-Kreislauf in drei Schritten: repair, reuse, recycling (Reparatur, Weiterverwendung und Wiederaufarbeitung). Laut der neuen EU-Batterieverordnung beträgt die Verwertungsquote künftig 90 Prozent (ab 2031 sogar 95 Prozent). Momentan werden vor allem Alu, Stahl und Kunststoffe zurückgewonnen, künftig sollen auch weitere Materialien recycelt werden. Und: Neu produzierte Batterien müssen schon bald einen Mindestanteil von Recyclingmaterial enthalten. Außerdem ist die Akku-Lebensdauer seitens der Hersteller genau zu berechnen und transparent zu machen.
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Vor allem kritische Rohstoffe, die oft unter fragwürdigen Bedingungen wie Kinderarbeit gewonnen werden, stehen im Recycling-Fokus. So stecken in einer typischen Antriebsbatterie mit 50 Kilowattstunden Kapazität rund vier bis acht Kilogramm Lithium, elf Kilogramm Mangan, jeweils zwölf Kilogramm Kobalt und Nickel sowie 33 Kilogramm Grafit.
Doch bevor es buchstäblich ans Eingemachte geht, bekommen ausgemusterte Auto-Akkus ein zweites Leben im Stationärbetrieb. Nach zehn Jahren Betrieb und etwa 160.000 Kilometern haben sie in der Regel noch immer 70 bis 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität. In der schonenden Second-Life-Verwendung können sie weitere zehn bis zwölf Jahre eingesetzt werden; das Akku-Recycling startet demnach also erst nach etwa 20 Jahren.
Nach dem Einsatz im Auto und als stationärer Speicher werden viele Akkus nach gut 20 Jahren recycelt.
Bild: ADAC
Aber schon jetzt bringen sich Unternehmen dafür in Stellung. Kein Wunder: Die fürs Recycling benötigte Infrastruktur erfordert laut dem Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung Investitionen in Höhe von mehr als sechs Milliarden Euro bis 2040.
Bosch-Tochter Rexroth etwa hat gerade eine Technik vorgestellt, bei der eine automatisierte Entladung der Batteriezellen Recycling-Effizienz und -Sicherheit erhöhen soll. Eine Pilotanlage entsteht bei der Battery Lifecycle Company in Magdeburg. Hier sollen gebrauchte Batterien unterschiedlicher Hersteller geprüft, tiefentladen und für das anschließende Schreddern vorbereitet werden.
Akku-Reparatur
So werden E-Auto-Akkus repariert
Eigentlich sind die Akkus von E-Autos wartungsfrei und gelten als unkaputtbar – zumindest in neueren Modellen. Darum sind die Batterien von Stromern meist im Rahmen einer großzügigen Neuwagen-Garantie abgesichert. Dennoch kann es mit steigendem Fahrzeugalter zu Problemen mit der Batterie kommen. Für diesen Fall bieten viele Hersteller inzwischen eine zeitwertgerechte Reparatur des Stromspeichers an. Statt des gesamten und sehr teuren Akkupacks werden dabei nur schadhafte Zellmodule identifiziert und getauscht.
Leidet eine oder mehrere dieser Einzelkomponenten unter einem Spannungsverlust, werden sie aus dem Akkupaket demontiert und durch Neumodule ersetzt. Diese werden vor Einbau auf das Spannungsniveau der anderen Akku-Module gebracht. Bei einem Volvo XC60 Hybrid beispielsweise besteht ein Akkumodul aus 16 Zellen und liefert eine Spannung von 57 Volt. Wird diese nicht mehr erreicht, lässt sich das Modul tauschen. Der Preis dafür beträgt 1600 Euro. Für das komplette Akkupaket dagegen verlangt Volvo über 10.000 Euro plus Einbau
In weniger als 15 Minuten lassen sich acht Lithium-Ionen-Akkus von Elektroautos automatisiert entladen. Die Anlage erkennt nicht nur unterschiedliche Batterie-Bauformen, sondern kann auch Kurzschlüsse und Brände verhindern. Größter Vorteil: Die Weiterverarbeitung kann spannungslos erfolgen. Beim sonst üblichen manuellen Verfahren dauert es bis zu 24 Stunden, ehe die Akkus tiefentladen sind.
Der weitere Recyclingprozess ist aufwendig: Nach der manuellen Demontage der Batteriesysteme folgen Sortieren und Schreddern. Über Siebe und Magnete werden die einzelnen Bestandteile getrennt. Mithilfe chemischer Reaktionen, bei denen die Stoffe in wässrigen Lösungen durch Zugabe von Chemikalien herausgelöst werden (Hydrometallurgie), lässt sich sogenannte Schwarzmasse gewinnen. Sie enthält begehrte Stoffe wie Grafit, Mangan, Nickel, Kobalt und Lithium.
Das bislang übliche, weniger effiziente und umweltschädliche Verfahren, das thermische Aufschmelzen (Pyrometallurgie), ist dagegen auf dem Rückzug. Um sich die unterschiedlichen Siedepunkte der Inhaltsstoffe zunutze zu machen, braucht es Temperaturen von bis zu 1450 Grad.
Neben Batterieherstellern und Recycling-Unternehmen haben auch die Autobauer selbst das Thema im Blick. Hier ein Überblick über die Bemühungen zur Wiederverwertung von E-Auto-Akkus:
Volkswagen hat an seinem Standort in Salzgitter (Niedersachsen) eine Anlage für das Recycling von Hochvoltbatterien eröffnet. Hier sollen so wertvolle Rohstoffe wie Lithium, Nickel, Mangan und Kobalt in einem geschlossenen Kreislauf zurückgewonnen werden. Selbst für Aluminium, Kupfer oder Kunststoff soll die Wiederverwertungs-Quote mittelfristig bei über 90 Prozent liegen. Dabei werden hier nur Akkupakete recycelt, die nicht mehr einer sinnvollen Zweitverwertung zugeführt werden können.
Alt-Akkus von Elektroautos sind viel zu wertvoll, um entsorgt zu werden. Sie enthalten viele teure Rohstoffe. Nur: Wie kommt man dran?
Bild: BMW AG
Im ersten Schritt ist die Salzgitter-Anlage darauf ausgelegt, bis zu 3600 Batteriesysteme im Jahr zu recyceln – das entspricht rund 1500 Tonnen Material. Später kann das System mit optimierten Verfahren auf größere Mengen skaliert werden. "Die Volkswagen Group Components realisiert damit einen weiteren Schritt ihrer nachhaltigen End-to-End-Verantwortung für die Batterie als Schlüsselkomponente der Elektromobilität", sagt Volkswagen-Vorstand Thomas Schmall.
Mit Blick auf die mittelfristig rücklaufenden Batteriesysteme aus Elektrofahrzeugen baut Mercedes in Kuppenheim südlich von Karlsruhe eine eigene Batterierecyclingfabrik auf Basis der Hydrometallurgie in Deutschland mit 2500 Tonnen Kapazität. Analog dieser Technologie plant das Unternehmen, gemeinsam mit Hightech-Partnern für das Batterierecycling in China und den USA einen geschlossenen Wertstoffkreislauf darzustellen.
Mercedes baut bei Karlsruhe eine eigene Batterierecyclingfabrik mit einer Jahreskapazität von 2500 Tonnen.
Bild: Daimler AG
Mercedes-Produktionsvorstand Jörg Burzer: "Das nachhaltige Batterierecycling ist ein wesentlicher Faktor – und zwar weltweit. Mit unserer neuen Recyclingfabrik am Standort Kuppenheim steigern wir die Recyclingquote auf mehr als 96 Prozent und bauen unsere eigenen Kompetenzen im Bereich der Batteriewertschöpfung konsequent aus."
Die Pilotanlage soll eine Jahreskapazität von 2500 Tonnen umfassen. Die zurückgewonnenen Materialien werden in den Wertstoffkreislauf zurückgeführt und fließen so in die Produktion von mehr als 50.000 Batteriemodulen für neue Mercedes-EQ Modelle ein.
Schon jetzt betreibt BMW im Werk Leipzig einen Speicher mit 700 zusammengeschalteten Batterien aus i3-Modellen, der im Second Life die Energie von Solar- und Windkraftanlagen für den Einsatz in der Produktion puffert. Auch BMW will die teure Akkutechnik so lange wie möglich nutzen.
Das chinesische Joint Venture BMW Brilliance Automotive hat einen geschlossenen Kreislauf zur Wiederverwendung der elementaren Akkurohstoffe Nickel, Lithium und Kobalt aus Hochvoltbatterien etabliert. Die Batterien stammen in einem ersten Schritt aus Entwicklungsfahrzeugen, Testanlagen und Produktionsausschuss. Langfristig sollen so auch die Komponenten von Altfahrzeugen verwertet werden.
Second Life für ausgediente Energiespeicher von BMW und anderen Herstellern bedeutet oft eine stationäre Nutzung – zum Beispiel als elektrischer Zwischenspeicher.
Bild: BMW AG
BBA arbeitet dafür mit einem lokalen Recyclingunternehmen zusammen, das ausrangierte Batterien zerlegt und die Rohstoffe Nickel, Lithium und Kobalt aus den Batteriezellen zurückgewinnt. Die so gewonnenen Rohstoffe werden anschließend für die Produktion neuer Batteriezellen für die BMW Group verwendet.
Jochen Goller, Leiter der BMW Group Region China: "In Zukunft wird die BMW Group das Recyclingkonzept in China weiter ausbauen, was nicht nur zum Umweltschutz beiträgt, sondern auch Chinas Übergang zu einer CO2-armen Wirtschaft effektiv unterstützt."
Wer schon mal in Indien war, kennt die charakteristischen Dreiräder, die das Straßenbild der meisten Metropolen beherrschen. Bisher knattern die Tuk-Tuks mit Verbrennern durch Millionenstädte wie Mumbai, Delhi oder Chennai. Doch das soll sich nach Willen der Regierung bald ändern, denn der indische Subkontinent will in den kommenden Jahrzehnten sukzessive elektrisch werden.
Audi kooperiert mit einem Start-up in Indien. Es stattet traditionelle Dreirad-Taxis mit Elektromotoren aus, die Batterien stammen aus ausgedienten Audi-Fahrakkus.
Bild: Audi
Audi hat mit dem deutsch-indischen Start-up Nunam die Zweitverwertung von Akkupaketen in Tuk-Tuks ins Leben gerufen. Die E-Dreiräder werden als Modellversuch von gebrauchten Batterien aus elektrischen Erprobungsfahrzeugen angetrieben.
"Die alten Batterien sind noch äußerst leistungsfähig", sagt Prodip Chatterjee, Mitbegründer von Nunam. Er fügt hinzu: "Wenn sie in den richtigen Anwendungen eingesetzt werden, können Second-Life-Batterien eine große Wirkung haben und Menschen in herausfordernden Lebenssituationen helfen, ein Einkommen und ökonomische Unabhängigkeit zu erzielen – auf eine nachhaltige Art und Weise." Die bisher bereits elektrisch betriebenen Dreiräder sind zumeist mit Blei-Säure-Batterien unterwegs, die eine kurze Lebensdauer haben.
Jaguar Land Rover hat zusammen mit dem Energieunternehmen Pramac einen Energiespeicher entwickelt, der die Batteriepakete im vermeintlichen Rentenalter stationär zur Stromversorgung nutzt. In einem ersten Schritt der Zusammenarbeit nutzt das mobil einsetzbare Speichersystem ESS Lithium-Ionen-Zellen aus bisherigen Prototypen und Vorserienmodellen des Jaguar I-Pace.
Damit soll Energie geliefert werden, wo der Zugang zum öffentlichen Stromnetz nur eingeschränkt oder gar nicht vorhanden ist. Das stationäre Speichersystem verfügt derzeit über eine Kapazität von bis zu 125 kWh – mehr als ausreichend, um ein Elektroauto wie den Jaguar I-Pace aufzuladen oder ein Einfamilienhaus eine Woche lang mit Strom zu versorgen.
Andrew Whitworth, Batteriemanager bei JLR: "Wir freuen uns, mit Pramac zusammenzuarbeiten, um Second-Life-Batterien des Jaguar I-Pace für die mobile Lieferung emissionsfreien Stroms zu nutzen." Ein Offgrid-Batterie-ESS wird künftig auch im Jaguar Land Rover Experience Center in Johannesburg, Südafrika zum Einsatz kommen, um die in Phasen schwankende Stromversorgung aus dem öffentlichen Netz zu unterstützen.
Fazit
Noch ist das Akku-Recycling eine Nische. Doch der Standort Deutschland ist gut beraten, nicht nur in die Zell-Produktion zu investieren, sondern auch in die Wiederverwertung der Stromspeicher. Denn das wird ein Riesengeschäft.
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