Neue E-Auto-Batterien: Natrium, Magnesium und Co. als nachhaltigere Alternativen zum klassischen Lithium-Ionen-Akku

Erst kürzlich haben das Europäische Parlament und die Mitgliedsstaaten der Europäischen Union das Ende der klassischen von Benzin und Diesel betriebenen Fahrzeuge diskutiert. Durch das geplante „Verbrenner-Verbot“ sollen ab 2035 nur noch Neuwagen zugelassen werden, die emissionsfrei fahren und damit auch kein klimaschädigendes Kohlenstoffdioxid (CO₂) mehr an die Umwelt abgeben. Ein endgültiger Beschluss auf EU-Ebene scheint äußerst wahrscheinlich, auch wenn das eigentlich fast fertige Gesetz momentan noch intensiv im Detail diskutiert wird.

Die Zahl der angemeldeten und auf den Straßen Deutschlands und Europas fahrenden Elektroautos dürfte in den kommenden Jahren in jedem Fall stark ansteigen. Optimistischen Schätzungen zufolge sollen europaweit bis 2030 etwa 30 Millionen rein elektrisch betriebene Fahrzeuge unterwegs sein. Doch mit dem enorm steigenden Bedarf an E-Autos steigt auch jener an den essenziellen Elektroautobatterien, den wiederaufladbaren Akkus. In puncto Nachhaltigkeit und Klimaschutz sind diese bei der Produktion von elektrisch betriebenen Fahrzeugen allerdings ein durchaus kritischer Faktor, da die Ressourcengewinnung hier oftmals alles andere als umweltschonend und nachhaltig ausfällt.

Fast alle elektrisch betriebenen Fahrzeuge haben heutzutage einen sogenannten Lithium-Ionen-Akku (Li-Ion) verbaut. Diese werden zum Beispiel auch in nahezu allen modernen Smartphones oder Tablets eingesetzt. Wie der Name schon verrät, ist Lithium ein wesentlicher Bestandteil der heutzutage allgegenwärtigen Energiespeicher.

Für die Gewinnung von einem Kilogramm Lithium werden allerdings noch mehrere Hundert Liter Wasser benötigt, etwa in Bolivien, dem Land mit den weltweit größten Lithium-Vorkommen. In der Regel wird hierfür salzhaltiges Grundwasser in den Förderarealen an die Oberfläche gepumpt, wo das Wasser anschließend verdunstet und ein Salzgemisch mit einem hohen Anteil des Alkalimetalls hinterlässt. Dadurch sinkt allerdings langfristig der Grundwasserspiegel der betroffenen Gebiete. Doch der extrem hohe Wasserbedarf ist nicht der einzige heikle Aspekt an den Li-Ion-Akkus.

Zur Herstellung dieser werden momentan auch Elemente wie Cobalt und Nickel benötigt. Ersteres wird, vor allem in Afrika, nicht nur häufig unter menschenverachtenden Konditionen abgebaut, sondern ist zudem äußerst gesundheitsschädlich. Auch Nickel kann je nach Verbindung überaus giftig sein. Spätestens seit Anfang 2022 ist auch die Tatsache, dass Russland eines der essenziellen Exportländer von Nickel ist, überaus kritisch.

Weniger Lithium, Nickel und Cobalt, mehr Effizienz und Nachhaltigkeit – neuartige Akkus für die Zukunft der E-Autos

Neben diversen unterschiedlichen Prototypen neuartiger „Super-Akkus“ gibt es von Seiten der Wissenschaft sowie der E-Auto- und Batterie-Industrie bereits konkretere Ansätze, wie man bei der Entwicklung und Produktion von Akkus in der Gegenwart und der nahen Zukunft auf nicht nachwachsende Rohstoffe und Metalle wie Lithium, Cobalt oder Nickel verzichten oder ihre Notwendigkeit zumindest drastisch reduzieren kann.

Manch ein Fahrzeughersteller setzt bereits heute Alternativen zu den klassischen Li-Ion-Akkus ein, zum Beispiel Lithium-Eisenphosphat-Batterien. Diese sind wesentlich unempfindlicher und benötigen daher ein weniger schweres und dickes Schutzgehäuse. Aufgrund der geringeren Energiedichte können Lithium-Eisenphosphat-Akkus pro Zelle allerdings weniger Energie speichern.

Es ist heute allerdings auch möglich, komplett auf das kritische Metall Lithium zu verzichten, was vor allem neuartige Natrium-Ionen-Akkus zeigen, welche momentan entwickelt werden. Als zentraler Bestandteil von salzhaltigem Meerwasser ist Natrium nahezu überall zu finden und daher im Vergleich zu Lithium auch extrem kostengünstig.

Wie jede Technologie werden auch Na-Ion-Batterien in den kommenden Jahren ausgereifter und effizienter werden. Momentan beschäftigen sich Wissenschaft und Industrie aber primär mit der im Vergleich zu aktuellen Li-Ion-Akkus noch etwas geringeren Speicherkapazität.

Vielversprechender, zum aktuellen Zeitpunkt allerdings auch noch weitaus weniger erforscht sind Batterien, welche auf Magnesium statt auf Lithium setzen. Zumindest in der Theorie ist die mögliche Energiedichte bei Speichereinheiten aus Magnesium überaus hoch. Die großen Mengen und die auch auf deutschem Boden hohe Verfügbarkeit sind weitere Vorteile des Erdalkalimetalls. Daraus gefertigte Energiespeicher könnten zudem kleiner und auch leichter sein. Bis all diese vielversprechenden Potenziale und Möglichkeiten wirklich erforscht und vor allem genutzt werden können, dürfte es allerdings, so Experten der Batterienentwicklung, noch einige Jahre dauern.

Feststoffbatterien: Der Traum von doppelter Leistung bei halbierten Kosten

Noch ferner in der Zukunft für den alltäglichen Einsatz in E-Autos sind sogenannte Feststoffbatterien. Diese versprechen extrem kurze Ladezeiten bei hoher Sicherheit, aber zeitgleich vergleichsweise niedrigen Kosten. Bei diesen Feststoffbatterien handelt es sich zwar grundsätzlich auch um Lithium-Ionen-Akkus, welche allerdings über feste statt, wie sonst üblich, flüssige Elektrolyte verfügen.

Dank dieser innovativen Technologie sollen die Preise für Akkus halbiert werden – bei einer verdoppelten Energiespeicherkapazität und dreifacher Ladegeschwindigkeit im Vergleich zu klassischen „flüssigen“ Li-Ion-Batterien. Die Serienproduktion der Feststoffbatterien, an denen weltweit momentan intensiv geforscht wird, soll nach aktuellem Stand allerdings frühestens 2028 starten.

Doch nicht nur die eingesetzten Materialien und Rohstoffe spielen bei der Herstellung und dem Einsatz von Akkus, ob nun für Elektroautos oder Alltagsgeräte wie Smartphones, eine tragende Rolle. Vor allem Aspekte wie die eigentlichen Produktionsorte und -methoden sowie das ebenfalls essenzielle Recycling in die Jahre gekommener Batterien werden immer wichtiger.

Die Bedeutung von Akku-Recycling für die Nachhaltigkeit und Elektromobilität

Für die klimaneutralere Herstellung und damit auch eine Verringerung der CO₂-Emissionen ist die Gewinnung der für die Akkuproduktion benötigten Energie überaus bedeutend. Die Produktion der Batterien benötigt viel Energie, daher sollte der Strommix zumindest zu großen Teilen aus regenerativen Energien stammen, um die CO₂-Produktion nicht so zu vergrößern wie etwa bei der Nutzung von Strom, der mithilfe von fossilen Energieträgern wie Erdgas oder Kohle erzeugt wird.

Einige Autokonzerne, unter anderem auch in Deutschland, planen in den kommenden Jahren daher die Konstruktion von Batteriefabriken, die vollständig mit regenerativer Energie, etwa durch Wind- und Wasserkraft, betrieben werden sollen und damit klimaneutral produzieren können. Damit würde auch der CO₂-Fußabdruck eines jeden Akkus entscheidend reduziert werden.

Bisher sind nicht regenerative Ressourcen wie Lithium, Kobalt oder Nickel trotz aller Forschung an neuen und nachhaltigeren Energiespeichern noch nicht ohne Weiteres ersetzbar. Gerade aus diesem Grund ist es besonders wichtig, die großen Akkus von immer mehr Elektroautos auf den Straßen so effizient wie möglich wiederverwerten zu können, ohne dabei die kostbaren Rohstoffe zu verschwenden. Denn irgendwann wird jeder Akku „altersschwach“ und fällt unter einen Wert von 70 Prozent seiner ursprünglichen Kapazität. Dann können diese nicht mehr in elektrisch betriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden.

In solchen Fällen können die abgenutzten, aber grundsätzlich noch funktionsfähigen Batterien etwa für einige Zeit als stationärer Energiespeicher genutzt werden, zum Beispiel für Solarzellenanlagen auf Hausdächern. Wichtiger ist es allerdings, beim Recyclen solcher Akkus so wenige der ursprünglich genutzten Ressourcen zu verschwenden wie nur möglich. Auch in Deutschland existieren bereits diverse Unternehmen, die sich immer mehr auf die speziellen Herausforderungen des Recyclings von E-Auto-Batterien spezialisiert haben, zum Beispiel in Krefeld oder Bremerhaven.

Da wiederverwertete Akkus als ebenso leistungsfähig gelten wie neu produzierte, will die deutsche Automobilindustrie in den kommenden Jahren hier eine Recyclingquote von mehr als 90 Prozent erreichen. Weil E-Autos immer beliebter sowie verbreiteter werden, wird auch der Bedarf an Akkus und den notwendigen Ressourcen in naher Zukunft deutlich ansteigen, weswegen solche hohen Quoten etwa auch in der aktuellen Batterieverordnung der Europäischen Union vorgesehen sind.

GrienGo: Mit neuen Akkus sowie einer zeitgemäßen Ladeinfrastruktur für mehr Elektromobilität und Nachhaltigkeit

Wie nahezu jede Technologie, die im Laufe der Zeit immer mehr Beliebtheit und Verbreitung unter der Bevölkerung findet, werden auch die Elektromobilität, die Energiespeicher für Elektroautos oder auch die Recyclingmethoden für eine effizientere Wiederverwertung der kostbaren Rohstoffe wie Lithium, Nickel oder Cobalt immer besser.

Wir von GrienGo unterstützen die Entwicklung zu einer CO₂-neutralen Produktion und nachhaltigeren Recyclingprozessen in Hinblick auf die für die Elektromobilität so bedeutenden Akkus natürlich sehr. Denn auch wir setzen mit unseren Dienstleistungen auf die Verbreitung der klimaneutralen Elektromobilität und den Ausbau der essenziellen Ladeinfrastruktur in Deutschland und Europa mit 100 Prozent Ökostrom.

Fahren. Laden. Grienen. Mach es einfach.