Von Steven Shackell
Elektrofahrzeuge haben in der Automobilindustrie eine Revolution ausgelöst, die wiederum den Weg hin zur Dekarbonisierung für den Personen- und Güterverkehr ebnete. Doch die Hersteller von Elektrofahrzeugen stehen aufgrund des größeren ökologischen Fußabdrucks bei der Produktion im Vergleich zu normalen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor in der Kritik. Außerdem enthalten ihre Batteriesysteme seltene Rohstoffe und erzeugen Sondermüll.
In den letzten Jahren hat die E-Auto-Industrie große Fortschritte bei der Minimierung des CO2-Fußabdrucks im Lebenszyklus von Elektrofahrzeugen gemacht und Zweitanwendungen oder das Recycling ihrer Batteriesysteme ermöglicht. Gegenstand dieses Artikels ist das Recycling oder die Wiederverwendung von Elektrofahrzeugen. Außerdem werden Möglichkeiten für eine Kreislaufwirtschaft in der E-Auto-Industrie aufgezeigt, um die Dekarbonisierung zu fördern.
Nachhaltige Batterien für Elektrofahrzeuge
E-Autos verursachen zwar bei der Herstellung einen größeren CO2-Fußabdruck als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor, erzeugen aber weniger als die Hälfte der Gesamtemissionen eines durchschnittlichen Verbrenners während ihrer Lebensdauer. Mit der zunehmenden Nachfrage und Produktion von Elektrofahrzeugen steigt jedoch auch der Bedarf an Rohstoffen und Seltenerdmagneten. Elektrofahrzeuge benötigen Seltenerdmagnete für ihre Motorentechnologie und Rohstoffe wie Lithium, Kobalt und Graphit für die Batteriesysteme.
Die Produktion dieser Batteriesysteme trägt erheblich zu den negativen Umweltauswirkungen der E-Auto-Produktion bei, wenn die Hersteller keine recycelten Materialien wählen. Diese Materialien sind eine endliche Ressource. Ihre Verwendung in Batterien erfordert einen groß angelegten Abbau, ausgedehnte Transportnetze und aufwendigere Veredelungsverfahren.
Außerdem erfolgt die Gewinnung von Lithium und Kobalt in ökologisch und sozial sensiblen Umgebungen, was Kritik und Zweifel an ihrer ethischen Nachhaltigkeit aufkommen lässt. Glücklicherweise macht der hohe Metall- und Rohstoffgehalt von Elektrofahrzeugen das Recycling am Ende ihres Lebenszyklus interessant und veranlasst die Hersteller, nach nachhaltigen Abbaulösungen zu suchen und die Notwendigkeit zukünftiger Gewinnung schließlich zu begrenzen.
Recycling von Elektrofahrzeugen
Elektrofahrzeuge lassen sich einfacher recyceln als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Die Anzahl ihrer Komponenten ist insgesamt geringer. Das Recycling von Elektrofahrzeugen wird oft mit dem Recycling von Batterien gleichgesetzt, umfasst aber auch Rohstoffe wie Kupfer, Stahl und Aluminium, die für die Fahrzeugkarosserie und andere Komponenten verwendet werden.
Leider können recycelte Materialien Preisschwankungen unterliegen und dadurch für Unternehmen weniger attraktiv werden, was zu Materialverschwendung führen kann. Für das erfolgreiche Recycling von Elektrofahrzeugen muss die Kreislaufwirtschaft bereits bei der Konstruktion ansetzen: Es muss einfach möglich und wirtschaftlich interessant sein, das gesamte Fahrzeug zu recyceln.
Recycling ist mit Herausforderungen verbunden. Die Hersteller müssen bei der Ressourcennutzung einen Mittelweg anstreben. Wenn für ein Fahrzeug beispielsweise der Rohstoffverbrauch minimiert wird, kann sich die Notwendigkeit des Rohstoffabbaus verringern. Allerdings können sich Recycling und Rückgewinnung von Rohstoffen deutlich schwieriger gestalten, sodass sich die anfängliche positive Abbaubilanz ins Gegenteil verkehrt. Die Konstruktion von Elektrofahrzeugen, die sich ohne Weiteres reparieren oder recyceln lassen, ist der erste Schritt hin zu einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft.
Recycling von E-Auto-Batterien
Der Verbrauch von Aluminium und Stahl in der Transportindustrie macht fast ein Viertel des gesamten Aluminium- und Stahlbedarfs in allen Branchen aus. Das Recycling dieser Rohstoffe wird in der Industrie der Verbrennungsmotorfahrzeuge glücklicherweise schon seit Langem praktiziert. Das Recycling von Batterien ist jedoch ein völlig neuartiger Prozess, der mehrere wichtige Schritte erfordert, die die Hersteller bereits am Anfang des Batterielebenszyklus bei ihren Konstruktionen berücksichtigen müssen.
Sammeln, Sortieren und Bewerten
Die Batterien von E-Autos müssen am Ende ihrer Nutzungsdauer aus dem Fahrzeug entnommen werden. Dieser Prozess kann gefährlich sein, da Batteriesysteme immer noch eine beträchtliche Energiemenge speichern können, sodass qualifizierte Techniker erforderlich sind. Zur Optimierung des Batterieausbaus müssen Hersteller Batteriesysteme entwickeln, die sicher aus Fahrzeugkarosserien entfernt werden können. Ein austauschbares Batterie-Pack könnte auch das Problem langer Ladezeiten bei Elektrofahrzeugen lösen, indem das leere Pack einfach durch ein vollständig geladenes ersetzt wird.
Nach dem Ausbauen müssen die Batterien nach verschiedenen Kategorien sortiert und bewertet werden. Hat beispielsweise ein brandneues Elektrofahrzeug einen Unfall, behält die Batterie möglicherweise ihre gesamte Kapazität und ist wiederverwendbar. In anderen Fällen haben E-Auto-Batterien unter Umständen das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht und kommen für Recycling infrage.
Bildunterschrift: E-Auto-Batterie-Pack mit vielen Batteriemodulen
Demontage und Materialrückgewinnung
Batterien, die nicht für eine Zweitanwendung geeignet sind, werden einem Demontageprozess unterzogen. Die Batteriemodule und -zellen werden aus dem Batterie-Pack des Fahrzeugs entfernt und die Komponenten werden zerkleinert, um die verschiedenen Materialien zu trennen und zugänglich zu machen.
Beim Zerkleinern entstehen verschiedene Materialien, die je nach Art der Zerkleinerung und der Zusammensetzung der recycelten Batterien für die weitere Verarbeitung sortiert werden. Beim Zerkleinern entsteht in der Regel eine „schwarze Masse“ aus Batteriekathoden und -anoden, die anschließend pyrometallurgischen (Verhüttung) oder hydrometallurgischen (Auslaugung) Verfahren unterzogen werden können, um die Metallrohstoffe wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Aluminium wiederzugewinnen.
Mit aktuellen Recyclingverfahren für Lithium-Ionen-Batterien können 95 % der ursprünglich verwendeten Rohstoffe zurückgewonnen werden, sodass nur 5 % des recycelten Materials nicht für eine Wiederverwendung infrage kommen. Nach Angaben des US-Energieministeriums kann durch das Recyceln von 28 Tonnen gebrauchter Lithium-Ionen-Batterien eine Tonne Lithium in Batteriequalität gewonnen werden. Dem steht der Abbau von 250 Tonnen Erz gegenüber.
Wiederverwendung der Batterien von Elektrofahrzeugen
Die Festlegung von Fertigungszielen zur Maximierung der Recyclingfähigkeit könnte dazu führen, dass Strategien zur Wiederverwendung von Batterien ihren Reiz verlieren. 2022 hat Nature festgestellt, dass dies der Fall sein könnte bei Elektrofahrzeugen und ihren Batteriesystemen: Die Nachfrage nach Materialien für neue Fahrzeuge fördert das Recycling dieser Materialien. Das Interesse, die Verwendung von Batterien in vorhandenen Fahrzeugen durch Reparatur zu verlängern, ist hingegen nur gering.
Die Wiederverwendung von E-Auto-Batterien sollte das vorrangige Ziel der Hersteller sein, damit die Batteriesysteme ihre Kapazität und Leistung so lange wie möglich behalten. Wenn beispielsweise ein brandneues Elektrofahrzeug einen Unfall hat und das Batteriesystem sicher wiederverwendet werden kann, können diese Batterien vor dem Recycling für tragbare Energiespeichersysteme, die Speicherung erneuerbarer Energie oder andere Anwendungen eingesetzt werden, um ihre Lebensdauer zu verlängern. Der Rest des Fahrzeugs, z. B. der Stahl und das Aluminium der Karosserie, kann recycelt werden.
Der Zyklus von E-Auto-Batterien
Elektrofahrzeuge treiben den Wandel hin zur Dekarbonisierung der Transportindustrie voran, auch wenn am Anfang ihr CO2-Fußabdruck größer ist und ihre Herstellung mehr seltene Materialien erfordert. Die Fortschritte der E-Auto-Industrie bei Herstellung, Recycling und Wiederverwendung von Batterien schaffen eine Kreislaufwirtschaft für ihre natürlichen Ressourcen, die für nachhaltige Mobilität und Umweltschutz unerlässlich ist. Die Hersteller von Elektrofahrzeugen müssen ein ausgewogenes Verhältnis zwischen der Minimierung ihres CO2-Fußabdrucks und der Maximierung der Ressourceneffizienz für eine saubere Zukunft finden, während sie gleichzeitig die Anforderungen der Verbraucher erfüllen.
Komponenten des Batteriemanagementsystems (BMS) für die Automobilindustrie
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