Der Umstieg auf Elektroautos sorgt bei vielen Menschen für ein gutes Gefühl. Autoliebhaber begeistern sich für die schnelle Beschleunigung, Klimaschützer freuen sich über den geringen Kohlendioxid-Ausstoß. Beide Gruppen sind von der vergleichsweise geringen Reparaturanfälligkeit der Elektromotoren begeistert, da sie weniger verschleißanfällige Teile enthalten.
Der Elektroautomarkt boomt: Laut einem Bloomberg-Bericht, der auch Plug-in-Hybridautos berücksichtigt, stieg die Zahl der weltweit verkauften Elektroautos von 2,1 Millionen im Jahr 2019 auf geschätzte 5,6 Millionen im Jahr 2021. Im ersten Halbjahr 2021 hatten bereits 7,2 Prozent aller weltweit verkauften Neuwagen einen elektrischen Antrieb. Diese Zahlen zeigen, dass sich Elektroautos auf dem Vormarsch befinden.
Trotzdem müssen wir beachten, dass Elektroautos zwar klimafreundlicher sind als Verbrennerautos, aber keineswegs klimaneutral. Die Entwicklung von Elektroautos steckt noch in den Anfängen. Doch wo kommen die Rohstoffe für die Batterien her?
Lithium, Kobalt, Nickel: Die meisten Rohstoffe stammen aus dem Ausland
Die Kathode einer Batterie für einen durchschnittlichen Mittelklassewagen enthält mehrere Kilogramm Mangan, Lithium, Kobalt und Nickel. Hinzu kommt Graphit für die Anode. Laut dem Direktor der Internationalen Energieagentur (IEA), Fatih Birol, besteht eine bedrohliche Diskrepanz zwischen den verstärkten Klimaschutzbestrebungen weltweit und der Verfügbarkeit der für diese Ambitionen unerlässlichen mineralischen Rohstoffe.
Damit die weltweiten Klima- und Nachhaltigkeitsziele erreicht werden können, muss die gesamte Energiespeicherkapazität in Form von Batterien und anderen Speichern bis 2040 etwa um den Faktor 50 erhöht werden.
Die derzeit geförderten Rohstoffe sind geografisch noch konzentrierter als Erdöl: 70 Prozent des Kobalts stammt derzeit aus dem Kongo. Der Großteil des Lithiums kommt aus Australien (52 Prozent), Chile (22 Prozent) und China (13 Prozent). Rund die Hälfte der Nickelproduktion stammt aus Indonesien, Russland und den Philippinen.
Besonders beunruhigend ist, dass die Veredelung der Rohstoffe zu gebrauchsfertigen Substanzen hauptsächlich in China stattfindet. Laut der IEA entfallen auf China 35 Prozent der weltweiten Nickelproduktion, 58 Prozent des Lithiums, 65 Prozent des Kobalts und fast 90 Prozent der Seltenen Erden. Letztere sind 17 Metalle, die für die Produktion von technischen Geräten von großer Bedeutung sind.
Negative Auswirkungen auf die Umwelt
Neben den geografischen Herausforderungen gibt es auch mögliche negative Auswirkungen auf die Umwelt. Lithium wird hauptsächlich aus Erzbergbau in Australien gewonnen, aber auch aus Salzwüsten in Südamerika. In Chile wird beispielsweise salziges Wasser gepumpt und verdunstet. Die Auswirkungen auf den Trinkwassermangel sind umstritten.
Bolivien befindet sich derzeit noch in der Pilotphase der Lithiumproduktion, verfügt jedoch über die weltweit größten Reserven von geschätzten 21 Millionen Tonnen, wie eine Studie von PowerShift und anderen Entwicklungsorganisationen zeigt.
Auch in Deutschland gibt es Lithium: Eine Anlage zur Gewinnung von Lithium entsteht in Bruchsal im Oberrheingraben, wo lithiumhaltiges Wasser ohnehin in einem Geothermiekraftwerk an die Oberfläche gelangt. Das Karlsruher Institut für Technologie schätzt, dass die industrielle Gewinnung von Lithium in dieser Anlage in 6 bis 10 Jahren möglich sein wird. Mit den aktuellen Gegebenheiten könnte die Anlage Material für 20.000 Batterien pro Jahr liefern.
Es gibt auch Projekte, die Lithium aus dem Oberrheingraben für Volkswagen gewinnen möchten. Die Deutsche Lithium GmbH plant den Abbau von Lithium im Erzgebirge. Im Ruhrgebiet gibt es ebenfalls Lithium im Grubenwasser. Es bleibt jedoch unklar, wie wirtschaftlich die Gewinnung von Lithium in Deutschland sein wird.
Kobalt, ein wichtiger Bestandteil von Akkus, Legierungen und Werkzeugen, stammt hauptsächlich aus dem Kongo. Laut Berichten von Entwicklungsorganisationen werden dabei viele Menschen durch den Bergbau verdrängt. Zudem gibt es in diesen Minen Kinderarbeit und Menschenrechtsverletzungen.
Die Umweltauswirkungen des Nickelabbaus auf den Philippinen werden oft übersehen. Wegen schlecht gebauter Rückhaltebecken gelangt das Schwermetall immer wieder in Flüsse und Meerwasser. Dies hat negative Auswirkungen auf Fischer und Aquakulturen.
Es sollte betont werden, dass metallische Rohstoffe nicht nur für die Batterien in Elektroautos, sondern auch für Karosserie, Gehäuse, Motor, Abgassysteme und Elektronik in jedem Auto, einschließlich Verbrennerautos, in großen Mengen verarbeitet werden. Es ist daher wichtig, dass Bergbauaktivitäten unter Zustimmung der lokalen Bevölkerung und unter Berücksichtigung ökologischer Bedingungen stattfinden.
Es gibt jedoch positive Entwicklungen in Bezug auf eine ökologisch und gerecht gestaltete Rohstoffpolitik in der EU und Deutschland. Dazu gehören beispielsweise das im Juni in Deutschland beschlossene Lieferkettengesetz sowie deutsche Autounternehmen, die Rohstoffe vermehrt direkt von den Produzenten beziehen, um die Förderung besser zu kontrollieren. Es bleibt abzuwarten, welche Auswirkungen diese Maßnahmen haben werden.
In jedem Fall sind weniger und leichtere Fahrzeuge wichtig für die Umwelt und das Klima. Derzeit wird im Durchschnitt eine 80 Kilogramm schwere Person mithilfe von 2 Tonnen Material transportiert. Außerdem sollten importierte Rohstoffe so lange wie möglich im Kreislauf gehalten werden.
Ausbau der Kapazitäten für Rohstoff-Recycling
Im Bereich des Materialeinsatzes für E-Auto-Batterien gibt es bereits Fortschritte. “Aus einer alten Batterie kann genug Kobalt für drei neue Batterien gewonnen werden”, sagt Matthias Buchert, Bereichsleiter Ressourcen & Mobilität vom Öko-Institut in Darmstadt. Beim Recycling sind asiatische Länder wie China und Südkorea führend. Sie haben bereits Erfahrung in der Produktion von Lithium-Zellen für Elektroautos im industriellen Maßstab und können das Recycling üben.
In Europa gibt es nur wenige Unternehmen, die Elektroauto-Batterien recyceln. Beispiele sind der belgische Marktführer bei der Rückgewinnung von Technologie- und Edelmetallen Umicore, das Nickelwerk in Aue (Sachsen) oder Accurec in Krefeld. In den meisten Fällen wird die sogenannte “Schwarzmasse”, die aus den Batteriemodulen gewonnen wird, eingeschmolzen, um die Metalle daraus zu gewinnen.
Ein Vorreiter in der EU ist das schwedische Unternehmen Northvolt, das eine geschlossene Kreislaufwirtschaft für Elektroauto-Batterien entwickelt. Es hat bereits seine erste Batterie angekündigt, die zu 100 Prozent aus recyceltem Nickel, Mangan und Kobalt besteht. Die industrielle Produktion soll 2023 beginnen, dann sollen auch Lithium und weitere Materialien recycelt werden.
Insgesamt gibt es noch wenige Rückläufe von größeren Batterien. Es ist jedoch wichtig, dass insbesondere die Großindustrie Recyclingkapazitäten aufbaut. Die Autoindustrie hat bereits aus wirtschaftlichen Gründen begonnen.
Volkswagen untersucht derzeit Möglichkeiten, alte Batterien, die für Autos nicht mehr geeignet sind, vor dem Recycling noch weiter zu nutzen. Zum Beispiel könnten sie in flexiblen Ladestationen eingesetzt werden, die fast überall aufgestellt werden können. Das Unternehmen hat bereits eine Pilotanlage gestartet, die Batterien zu Schwarzmasse zerkleinert. Dieses Pulver enthält Kobalt, Nickel, Lithium, Mangan und Graphit, die von Partnerunternehmen chemisch getrennt werden müssen. Volkswagen ist daran interessiert, die wichtigsten Batteriematerialien selbst wiederzuverwenden.
Der Chemieriese BASF hat mit dem Bau einer Prototyp-Anlage in Schwarzheide begonnen. Diese Anlage soll ab 2023 Nickel, Kobalt, Mangan und Lithium aus der Schwarzmasse gewinnen.
Es gibt zahlreiche Forschungsprojekte und Start-ups in diesem Bereich. Ein erfolgreiches Beispiel ist das Unternehmen Duesenfeld, das eine nahezu vollständige und energieeffiziente Rückgewinnungskette entwickelt hat, die bereits Lithium umfasst. Im Jahr 2020 wurden 2000 Tonnen Lithium recycelt. Das Unternehmen plant, die Kapazität durch neue Standorte zu vervielfachen.
Es gibt verschiedene Verfahren, um die Metalle aus den Batterien zurückzugewinnen, wie zum Beispiel Schmelzen oder Zerkleinern und Extrahieren mit Lösungsmitteln. Alle diese Verfahren haben ihre Vor- und Nachteile und müssen noch optimiert werden, da sie noch relativ neu sind. Das Schmelzen erfordert Energie oder die Herstellung von Säuren und Laugen.
Lithium wird das begehrteste Material sein, und das Recycling wird eine große Herausforderung darstellen. Das Trennen von Lithiumverbindungen aus der Schlacke ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Lithium hat jedoch wichtige physikalische Eigenschaften, die für eine Batterie unverzichtbar sind.
Einige Autokonzerne und Forschungseinrichtungen entwickeln neue Batterietechnologien wie Lithium-Festkörperbatterien, die voraussichtlich besser recycelbar sind und leichter und energiedichter sind, was zu einer höheren Reichweite führt. Lithium-Luft-Batterien mit porösem Gerüst, die eine hohe Speicherkapazität haben könnten, befinden sich ebenfalls noch in der Forschungsphase. Es werden auch Batterien ohne Lithium entwickelt, wie Zink-Luft-Batterien, die als leistungsstark gelten, aber noch instabil sind.
Sind Wasserstoffautos eine Alternative zu batteriebetriebenen Autos? “Das sind zwei Technologien, die sich nicht widersprechen”, sagt Daniel Horn von der Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie in Hanau. Elektroautos eignen sich besser für den Privatgebrauch, während der Wasserstoffantrieb für LKWs mit festen Start- und Zielpunkten geeignet ist. Wasserstoff ist gefährlich und entzündlich und sollte nicht überall gelagert werden. Wasserstoff ist weniger sinnvoll für PKWs, aber wichtiger für andere Bereiche wie die Stahlerzeugung, Schiffe oder die Ersetzung von Diesellokomotiven.
Es wäre wichtig, dass Autobatterien gekennzeichnet werden, um anzuzeigen, welche Materialien sie enthalten, oder dass das Recycling bereits bei der Entwicklung berücksichtigt wird. Ein Problem besteht darin, dass die Hersteller ihre Batteriekompositionen aus Wettbewerbsgründen geheim halten möchten.
Bisher wird beim Bau von Batterien auch kaum auf deren Recyclingfähigkeit geachtet. Der Fokus liegt hauptsächlich auf der Erhöhung der Reichweite und der Verbesserung der Ladezeit. Beides ist auch erforderlich, um die Verkehrswende mit Hilfe von Elektroautos zu erreichen. Es sollte jedoch betont werden, dass es keine perfekte Technologie von Anfang an gibt.
Insgesamt lässt sich sagen, dass Elektroautos eine vielversprechende Lösung für eine nachhaltigere Mobilität sind. Es ist jedoch wichtig, dass die Herstellung und das Recycling von Batterien umwelt- und sozialverträglich gestaltet werden. Nur so können die Vorteile der Elektromobilität vollständig ausgeschöpft werden.
