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Umwelt-Bilanz von Lithium-Ionen-Akkus und anderen Batterien
Stromspeichern kommt bei der Energiewende eine zentrale Aufgabe zu. Abhängig vom Aufbau haben die bereits in der Praxis verwendeten Batteriesysteme unterschiedlichen Auswirkungen auf die Umwelt. Zentrale Aspekte sind hier die Gewinnung der Rohstoffe, CO2- und Energiebilanz, Recycling und Entsorgung.
11.01.2021 Lesezeit ca.
Inhaltsverzeichnis
Wie bei allen Betrachtungen zur Umweltfreundlichkeit ist auch bei Stromspeichern zu berücksichtigen: Der Bau jeder Batterie ist mit Material- und Energieeinsatz verbunden. Die Batterie muss dann einen bestimmten Zweck erfüllen, zum Beispiel ein Elektroauto antreiben oder den Solarstrom speichern. Dabei gibt es immer Batterietypen die besser oder schlechter für diese Aufgabe geeignet sind. Die Themen Leistung und Platzbedarf spielen hier eine zentrale Rolle. Für die Umweltbilanz entscheidend sind:
- die Lebensdauer, also wie lange die Batterie ihren Zweck erfüllt
- ob die Batterie für andere Zwecke nachgenutzt werden kann (z. B. Second Life von Autobatterien als Heimspeicher)
- ob sie zerlegbar in ihre Einzelbestandteile ist (als Voraussetzung für das Recycling)
- ob die Einzelbestandteile wiederverwendbar sind oder sich aufbereiten lassen
- ob eine ungefährliche Entsorgung nicht mehr verwendbarer Teile des Speichers möglich ist.
Welcher Batterietyp ist besonders umweltfreundlich?
Es gibt verschiedene Arten von Stromspeichern, die sich zum Teil deutlich in ihrem Aufbau unterscheiden. Dementsprechend sind diese Geräte auch unterschiedlich hinsichtlich ihrer Umweltbelastung zu beurteilen.
Am umweltfreundlichsten ist die Salzwasserbatterie, denn sie enthält keine seltenen oder giftigen Materialien. Die Kathode besteht aus Mangan, die Anode aus Kohlenstoff, als Separator dient ein Baumwollvlies, als Elektrolyt dient eine Natriumsalzlösung. Zudem ist die Batterie sehr simpel aufgebaut, Temperaturüberwachung oder Batteriemanagement werden nicht benötigt. Die Salzwasserbatterie verfügt allerdings über keine große Leistungsdichte, weshalb ihr Platzbedarf hoch ist.
Blei-Akkus
Blei-Akkus sind eine bewährte, robuste und einfache Technik. Allerdings enthalten die Batterien das giftige Schwermetall Blei in großen Mengen und auch die als Elektrolyt verwendete Schwefelsäure kann bei unkontrolliertem Austreten der Umwelt schaden. Für Blei-Akkus, die schon seit vielen Jahrzehnten als vor allem als Fahrzeugbatterien im Einsatz sind, gibt es aber hocheffektive Aufbereitungsprozesse. Bei sachgemäßer Entsorgung sind Blei-Akkus zu fast 100 % recycelbar. Ein großer Vorteil von Blei ist, dass es nahezu unendlich oft recycelt werden kann, ohne an Qualität einzubüßen. Ein Nachteil der Batterien ist ihre geringere Effektivität und die geringere Lebensdauer.
Redox-Flow-Batterien
Als Redox-Flow-Batterien werden Stromspeicher bezeichnet, bei denen zwei Elektrolyte in getrennten Kreisläufen zirkulieren und der für den Stromfluss notwendige Ionenaustausch über eine Membran erfolgt. Als Elektrolyten werden hier Vanadiumsalz-Lösungen eingesetzt, die Membran besteht aus polymeren Kunststoffen. Vanadium ist ein Schwermetall, das hauptsächlich zur Stahlveredelung eingesetzt wird. Die Kosten für Vanadium sind recht hoch, weshalb auch aus wirtschaftlichen Gründen nach Alternativen gesucht wird. Insgesamt gilt das Element jedoch als etwas umweltfreundlicher als Lithium. Ein Vorteil der Redox-Flow-Technik ist, dass die Elektroden rein katalytisch wirken und daher nicht abgebaut werden (Degradation). Das bedeutet eine extrem lange Lebensdauer, allerdings benötigen die Batterien Speichertanks für die Elektrolyten und der Platzbedarf ist enorm.
Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien haben sich aufgrund ihrer hohen Leistungsfähigkeit und des geringen Platzbedarfs im Bereich der Heimspeicher weitestgehend durchgesetzt. Aus Umweltsicht sind sie allerdings die am wenigsten nachhaltigen Akkus. Das liegt vor allem an den verwendeten Lithiumverbindungen.
Der Lithiumabbau insbesondere in Südamerika ist in die Kritik geraten. Dort wird salzhaltige Sole an die Oberfläche gepumpt und das Wasser verdunstet, um die Rückstände dann weiter zu verarbeiten. Dadurch kommt es in den schon sehr trocknen Gebieten zu einer weiteren Senkung des Grundwasserspiegels. Allerdings ist eine ressourcenschonende Produktion von Lithium, die die Interessen der Bevölkerung berücksichtigt, durchaus möglich. Hier ist es Aufgabe der Politik aber auch der Verbraucher, zum Beispiel durch Zertifikate dafür zu sorgen, dass der Lithiumabbau umweltverträglich erfolgt. Das Gleiche gilt für das in Stromspeichern und den Batterien von Elektroautos häufig verwendete Metall Kobalt, das in der Kritik stand und steht.
Lithium-Ionen-Batterien sind hochkomplexe technische Geräte, die stets mit einem Batteriemanagementsystem ausgestattet sind. Diese Steuer- und Kontrolleinheit ist notwendig, um die Funktion der Batterie zu überwachen. Die zusätzlichen elektronischen Bauteile verschlechtern die Umweltbilanz des Akkus.
Sollte das Batteriemanagement versagen, können Lithium-Ionen-Batterien auch „durchgehen“ und überhitzen. Im schlimmsten Fall fängt der Akku Feuer. Auch bei Beschädigung kann die Batterie Feuer fangen, wenn die Chemie im Inneren mit Luft in Berührung kommt. Zum Glück treten die genannten Schäden nur sehr selten auf.
Sind Stromspeicher überhaupt umweltfreundlich?
Auf den ersten Blick lässt sich diese Frage mit Ja beantworten, denn der einmal erzeugte Strom kann dank der Zwischenspeicherung direkt vor Ort verbraucht werden. Das spart eine Menge CO₂ (im Vergleich zu Herstellung und Transport des Stroms durch den Netzbetreiber) und verbessert den CO2-Fußabdruck des Haushaltes, wie eine Studie von EUPD Research nachweist.
Allerdings wird für die Herstellung des Speichers eine Menge Energie aufgewendet. Der Energy Stored On- Invested-Wert gibt an, wie viel Energie im Verhältnis dazu während der Lebensdauer des Akkus gespeichert werden kann. Hier hat sich in den vergangenen Jahren einiges getan, der Faktor ist von 10 auf 18 gestiegen. Grundsätzlich wäre es aus gesamtgesellschaftlicher Sicht wünschenswert, auf die aufwändig produzierten Geräte verzichten zu können. Doch im Rahmen der Energiewende kommt gerade den Stromspeichern eine zentrale Rolle zu. Eines ist klar: Wir können mit einer Energieversorgung, die auf der Verbrennung fossiler Rohstoffe basiert, nicht endlos weitermachen. Wir benötigen weniger umweltschädigende Techniken um unseren Energiehunger zu decken und hierfür sind auch Batteriespeicher eine sinnvolle Option.
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Recycling und Entsorgung von Stromspeichern
Solarstromspeicher fallen unter das Batteriegesetz, das die Verkäufer verpflichtet, die Geräte zurückzunehmen. Diese geben die Stromspeicher in der Regel an den Hersteller oder Importeur weiter.
Für Batteriespeicher gilt zudem die Richtlinie 2012/19/EU über Elektro- und Elektronik-Altgeräte (sogenannte WEEE-Richtlinie). Die WEEE-Richtlinie legt Vorgaben für die Entsorgung der Altgeräte fest. Danach tragen die Hersteller die abfallwirtschaftliche Verantwortung für ihre Produkte während der gesamten Lebensdauer. Die Altgeräte sind getrennt vom Restmüll zu sammeln und für private Verbraucherinnen und Verbraucher muss die Rückgabe kostenlos sein. Wertstoffhöfe nehmen die Solarstromspeicher übrigens nicht zurück!
Stromspeicher sind mit dem Symbol der durchgestrichenen Mülltonne gekennzeichnet. Eine Entsorgung über die Mülltonne ist zwar praktisch meist gar nicht möglich, verbietet sich aber von Vornherein. Nicht nur, dass auf diesem Wege Rohstoffe verloren gehen würden, die mit hohem Aufwand erneut abgebaut und verarbeitet werden müssen. Die Altbatterien enthalten häufig Gefahrstoffe, die bei unkontrollierter Freisetzung die Umwelt schädigen können.
Viele Hersteller nehmen die Geräte selbst zurück, auch um die wertvollen Rohstoffe weiter zu nutzen. Das ist aus Sicht der Umwelt die beste Lösung, haben die Hersteller doch das beste Wissen über den Aufbau der Produkte und wie diese sich zerstörungsfrei zerlegen lassen. So können manche Bauteile direkt der Wiederverwendung zugeführt werden.
Solarspeicher zählen zu Industriebatterien. Für diese gibt es noch ein branchenübergreifendes Gemeinsames Rücknahmesystem (GRS) Batterien mit eigenen Sammelstellen. Hier können unter anderem auch beschädigte Batterien abgegeben werden, die dann fachgerecht entsorgt werden.
