Speichertechnologien: Lang lebe die Batterie

Batterien spielen eine wichtige Rolle sowohl in der Mobilitäts- als auch in der Energiewende. Sie dienen etwa zur Stabilisierung der Stromnetze, speichern überschüssigen Strom bei der Nutzung erneuerbarer Energiequellen und sind elementarer Bestandteil von Elektrofahrzeugen.

Und sie sind ein kostbares Gut. Sie enthalten wertvolle Rohstoffe, die in den kommenden Jahren knapp werden könnten. Zudem ist die Gewinnung häufig mit ökologischen und sozialen Herausforderungen verbunden. Daraus folgt: Batterien sollten möglichst lange genutzt, in möglichst vielen Fällen wiederverwendet und es sollten möglichst viele Rohstoffe recycelt werden.

Die kürzlich von der EU verabschiedete Batterieverordnung zielt genau darauf ab. Sie enthält unter anderem Mindestanforderungen an Haltbarkeit und Leistungsfähigkeit sowie Vorgaben für das Sammeln und das Recycling von Batterien. An der Normung ist die DKE beteiligt. Sie hat von der EU einen Normungsauftrag zu den Themen Haltbarkeit, Leistung und Lebensdauer erhalten. Dieser beinhaltet auch die Prozesse zur Vorbereitung der Batterien für die Wiederverwendung und das Remanufacturing. Die ersten Standards sollen bis Dezember 2025 fertig sein.

Die Verordnung setzt außerdem neue Anforderungen an die Recyclingquoten der Rohstoffe. Ab 2028 müssen aus Batterien Kobalt, Kupfer sowie Nickel zu 90 Prozent und Lithium zu 50 Prozent zurückgewonnen werden. Ab 2032 steigt der Anteil bei Kobalt, Kupfer und Nickel auf 95 Prozent, bei Lithium sollen es dann 80 Prozent sein. Darüber hinaus gibt es Vorgaben, welcher Anteil in einer neuen Batterie aus recyceltem Material sein muss. Die Ziele beim Recycling sind ambitioniert – aber größtenteils realistisch, sagt Dr. Johannes Betz, Senior Researcher und Experte für das Thema Batterierecycling am Öko-Institut: „Die Rückgewinnung von Nickel, Kobalt und Kupfer wird schon seit vielen Jahren erfolgreich betrieben.“

Bei Lithium sieht es anders aus. Dessen Rückgewinnung ist komplizierter. „Lithium ist relativ reaktiv“, sagt Betz. Bestehende Verfahren müssten entsprechend angepasst oder vollkommen neue entwickelt werden – daran arbeite zur Zeit „jeder Recycler“.

Hohe Sicherheitsanforderungen bei kleinen Mengen führen zu teurer Logistik

Batterien enthalten toxische Stoffe wie etwa Kobalt-Nickel-Salze. Und lithiumhaltige Batterien stellen eine potenzielle Brandgefahr dar, wenn man nicht sorgsam mit ihnen umgeht. Für Recyclingprozesse gelten daher hohe Sicherheitsanforderungen. Und diese erschweren unter anderem die Logistik.

Für den Transport werden Batterien in Kategorien eingeteilt, für die unterschiedliche Sicherheitskonzepte gelten. Eine äußerlich beschädigte Batterie würde beispielsweise der Sicherheitsstufe Rot zugeteilt. Zu den Schutzkonzepten zählt, dass die Energiespeicher in speziellen Behältern transportiert werden oder dass sie in bestimmten Fällen nicht gestapelt werden dürfen. Die Anforderungen seien so hoch und gleichzeitig die zurzeit anfallenden Mengen noch so gering, dass es auch dazu kommen kann, „dass ein Lkw mit einer einzigen E-Auto-Batterie durch die Gegend fährt“, wie Betz berichtet. „Und das macht die Logistik sehr ineffizient und teuer.“

Eine Lösung dafür wäre, die Batterien in kleineren Zentren mit kurzen Anfahrtswegen zunächst vorzubehandeln und sie anschließend zur eigentlichen Recyclinganlage zu bringen. Ein mögliches Verfahren dabei ist, die Batterien mechanisch zu behandeln, zum Beispiel zu schreddern, um eine sogenannte Schwarzmasse zu gewinnen, die sich gefahrlos transportieren lässt. Betz geht davon aus, dass sich mit dem zu erwartenden Hochlauf des Batterierecyclings auch solche und andere Verfahren weiterentwickeln werden.

Recycling, Wiederverwertung, Second Life: Hauptsache nicht auf den Müll

Vor allem die E-Mobilität wird dafür sorgen, dass mehr Batterien recycelt oder wiederverwendet werden müssen. Ab 2030 erwartet das Öko-Institut „ein deutlich wachsendes Sekundärrohstoffpotenzial für wichtige Schlüsselrohstoffe wie Lithium, Kobalt, Nickel und Kupfer“. So steht es in einem Bericht des Instituts zum Bedarf strategischer Rohstoffe für den Pkw- und Lkw-Sektor in Deutschland bis 2040. Die Erschließung dieses Potenzials könne mittel- und langfristig maßgeblich zu einer stärkeren Unabhängigkeit Europas bezüglich der Schlüsselversorgung mit diesen Rohstoffen beitragen, heißt es weiter. Gleichzeitig heben die Autoren des Berichts hervor, dass inzwischen eine zunehmende Zahl von Unternehmen mit unterschiedlichen Verfahren auf verschiedenen Stufen der Recyclingkette aktiv sei und in die Ausweitung notwendiger Aufbereitungs- und Recyclingkapazitäten investiere. Die gesamte Branche steht also in den Startlöchern.

Auf den Hochlauf der E-Mobilität und einen wachsenden Markt warten auch diejenigen, die sich mit der Wiederverwendung von Batterien beschäftigen. Dabei geht es darum, gebrauchte Batterien wieder so instand zu setzen, dass sie in einer anderen Anwendung weiter genutzt werden. Vielversprechend ist etwa die Verwendung von Traktionsbatterien aus E-Fahrzeugen als stationäre Stromspeicher. Diese lassen sich in Privathäusern, aber auch im gewerblichen Bereich einsetzen.

So bereitet zum Beispiel Autobauer Toyota gebrauchte Nickel-Metallhydrid-Batterien aus Hybridfahrzeugen als stationäre Batterien wieder auf. Gemeinsam mit einem Technologiepartner hat Toyota außerdem aus gebrauchten Batterien ein ganzes Speichersystem entwickelt, das mit einem Megawatt Leistung und drei Megawattstunden Kapazität in japanischen Windparks eingesetzt wird.