Batterien und Nachhaltigkeit

Der globale Bedarf an Batterien steigt ständig an, und damit der Bedarf an Rohstoffen für die Batterieherstellung. Gleichzeitig werden viele Batterien am Ende ihres Lebenszyklus entsorgt und die Rückgewinnung von wertvollen Rohstoffen nimmt einen immer höheren Stellenwert ein. Welchen Beitrag können Batterien für eine nachhaltigere Wirtschaftsweise leisten? Wie lässt sich die Batteriewirtschaft selbst nachhaltig gestalten?

Wozu brauchen wir Batterien?

Mit Primärbatterien und Akkumulatoren (Akkus, auch Sekundärbatterien genannt), hier im Weiteren unter dem Begriff Batterien zusammengefasst, lässt sich chemische Energie (elektrischer Strom) speichern und bei Bedarf bereitstellen. Bekannte Beispiele dafür sind Akkus in Laptops und Mobiltelefonen oder Batterien in Taschenlampen. Der globale Bedarf an Batterien ist im letzten Jahrzehnt enorm gestiegen, bedingt durch die Entwicklung der Elektromobilität und der regenerativen Energieerzeugung und dem damit verbundenen Speicherbedarf von Sonnen- und Windenergie. Man geht davon aus, dass sich der Bedarf an Batterien, insbesondere an Lithium-Ionenbatterien, bis zum Ende dieses Jahrzehnts mehr als verzehnfachen wird [1].

Welche Batterien gibt es?

Die kleinste Batterie hat die Dimensionen eines Salzkorns, die größten sind in haushohen Batteriespeicherkraftwerken zusammengefasst. Für Batterien gibt es daher unterschiedliche Unterteilungen. So werden Batterien als sogenannte Primärbatterien bezeichnet, wenn man sie nach ihrer Entladung nicht wieder aufladen kann. Akkus hingegen sind wiederaufladbare Batterien, sogenannte Sekundärbatterien [2].

Des Weiteren unterscheidet man Gerätebatterien von Fahrzeugbatterien und Industriebatterien:

• Gerätebatterien
  • alle gekapselten Batterien, die man problemlos in der Hand halten kann
  • Monozellenbatterien (z.B. vom Typ AA oder AAA)
  • Batterien und Akkus in z.B. Handys, Laptops, tragbaren Haushaltsgeräten und Spielzeugen
  • kleine Knopfbatterien, z.B. in Uhren
• Fahrzeugbatterien
  • Batterien für den Anlasser, die Beleuchtung oder die Zündung von Fahrzeugen
• Industriebatterien
  • ausschließlich für industrielle, gewerbliche oder landwirtschaftliche Zwecke
  • stationäre Batterien, große Blockbatterien
  • Batterien bzw. Akkus für Elektro- oder Hybridfahrzeuge
  • Elektrofahrräder und Pedelecs

Außerdem unterscheidet man Festkörperbatterien und Flüssig-Elektrolytbatterien („Nasszelle“). Bei Festkörperbatterien (auch Feststoffbatterien genannt) liegen beide Elektroden und der Elektrolyt als festes Material vor. Diese Batterieart befindet sich jedoch noch in der Entwicklung. Im Gegensatz dazu liegen bei Flüssigbatterien die Elektrolyte in gelöster Form vor. Diese Batterien wenden Verbraucherinnen und Verbraucher seit vielen Jahren an. Die derzeit am Weitesten verbreiteten Batterien, die Lithium-Ionenbatterien, gehören zu den Flüssigbatterien.

Batterien auf dem Weg zu mehr Nachhaltigkeit

Sekundärbatterien/Akkus sind eine Schlüsseltechnologie für den Übergang zur Kreislaufwirtschaft, indem sie eine Speicherung von regenerativen Energien ermöglichen. Sie befördern damit den Übergang zur emissionsarmen Elektromobilität. Jedoch kann das nur gelingen, wenn auch die Batterien selbst so produziert werden, dass die Auswirkungen auf den Menschen und die Umwelt möglichst gering sind. Hier wird neben der Nutzungsphase auch die Produktionsphase intensiv betrachtet. Dazu müssen alle für die Herstellung von Batterien verwendeten Materialien nach sozialen und ökologischen Standards gewonnen und produziert werden. Außerdem ist eine erhöhte Recyclingrate notwendig, um einerseits eine Umweltbelastung bei der Entsorgung zu minimieren und anderseits den Rohstoffbedarf zu reduzieren. Einige der verwendeten Rohstoffe werden bisher unter schlechten sozialen Bedingungen gewonnen (z.B. durch Kinderarbeit). Es sollte das Ziel sein, die Menschenrechte aller an der Batterieherstellung Beteiligten künftig zu achten. Daher ist es eine Herausforderung Batterien nachhaltig zu produzieren [1].

Die Basis dafür stellen die Nachhaltigkeitsziele der UN dar (siehe dazu auch Grundlagen Nachhaltigkeit). Ebenso müssen Batterien über ihren gesamten Lebenszyklus leistungsfähig und sicher sein. Batterien sollen einen wichtigen Beitrag zum Erreichen des im Europäischen Green Deal festgelegten Ziels der Klimaneutralität bis 2050 leisten [3].

Deshalb gibt es auf Europäischer Ebene mittlerweile viele Aktivitäten, um die Nachhaltigkeitsanforderungen an Batterien regulatorisch zu verankern. Ziel ist es, eine Kreislaufwirtschaft für Batterierohstoffe und –komponenten in Europa aufzubauen. Der Entwurf der neuen EU-Batterieverordnung (EU-BattV) ist von entscheidender Bedeutung für die Schaffung einer wettbewerbsfähigen, nachhaltigen und kreislauffähigen Batteriewertschöpfungskette in Europa. Neben transparenten Angaben zur Treibhausgasemission des Herstellungsprozesses sind in der EU-BattV unter anderem auch Mindestanforderungen an die Haltbarkeit und Leistungsfähigkeit von Batterien sowie einen Mindestgehalt an Recyclingrohstoffen formuliert [4,5]. So sollen zum Beispiel für Gerätebatterien Sammelziele von 45 % bis 2023, 63 % bis 2027 und 73 % bis 2030 erreicht werden. Für die Wiederverwendung in neuen Batterien wurden Mindestmengen für Kobalt (16%), Blei (85%), Lithium (6%) und Nickel (6%) festgelegt, die aus Produktions- und Verbraucherabfällen gewonnen werden.

Sicherheit von Batterien

Die Sicherheitsbetrachtung von Batterien ist ein wichtiger Teil der Nachhaltigkeitsbeurteilung und kann auf zwei Ebenen erfolgen. Einerseits wird die komplette Batterie betrachtet, und deren Verhalten im Falle von Unfällen oder Havarien (Einwirkung von Feuer, Explosionsgefahr). Von Festkörperbatterien werden sich beispielsweise große Sicherheitsvorteile bei gleichzeitig höherer Leistungsfähigkeit erhofft.

Die zweite Ebene liegt bei der Betrachtung der Sicherheit einzelner, für die Batterieherstellung relevanter Materialien (z.B. Cobalt) und ihrer Auswirkungen auf Mensch und Umwelt. Das ist relevant für den Arbeitsschutz oder bei der Bewertung einer möglichen Freisetzung von Schadstoffen in die Umwelt.

Wie lässt sich Nachhaltigkeit von Batterien messen?

Doch wie können Hersteller oder Verbraucher und Verbraucherinnen überprüfen, ob eine Batterie nachhaltig ist? Dazu entwickelten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine Reihe von Indikatoren. Diese ermöglichen den Vergleich von verschiedenen Batterien hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit. Nicht alle diese Indikatoren werden bereits in der Batterieherstellung angewendet. Der Entwurf der neuen EU Batterieverordnung (EU-BattV) benennt eine Reihe von Indikatoren, die für die Nachhaltigkeitsbewertung von Batterien herangezogen werden sollen.

Indikatoren für die Nachhaltigkeit von Batterien [1,5]:

Umweltauswirkungen: Indikatoren zur Beschreibung der Umweltauswirkung sind vorhanden, zum Beispiel für den Wasserverbrauch oder die Treibhausgasemissionen. Sie werden bereits in vielen Bereichen auch außerhalb der Batterieindustrie angewendet und können daher als praxistauglich angesehen werden. Konkrete Anwendung in der Batteriezellfertigung sind im Entwurf der neuen EU-BattV vorgesehen und werden damit verpflichtend (z.B. für den CO₂-Fußabdruck).

Kreislaufwirtschaft & End-of-Life-Management (Entsorgung und Recycling): Indikatoren zur Kreislaufwirtschaft und zum End-of-Life-Management sind vorhanden, zum Beispiel für Recyclingeffizienzen oder Verwertungsquoten für Sekundärrohstoffe. Da diese zum Teil erst in kommenden Regularien Anwendung finden, ist die Praxistauglichkeit für Batterien noch zu erproben. Ein vergleichender Blick auf die chinesische Recyclingwirtschaft zeigt, dass auch dort eine Vielzahl von Maßnahmen zur Regulierung der Kreislaufwirtschaft und des End-of-Life-Managements verabschiedet wurden. Die dort zur Anwendung kommenden Indikatoren, wie z.B. Materialrückgewinnungsquoten, sind teilweise ähnlich ambitioniert wie diejenigen im Entwurf der EU-BattV.

Soziale Belange & Menschenrechte: Indikatoren zu sozialen Belangen und Menschenrechten sind vorhanden und branchenunabhängig, z.B. Kinder- oder Zwangsarbeit und Arbeitssicherheit. Sie werden als praxistauglich angesehen, jedoch sind einige Indikatoren, beispielsweise der Indikator Zwangsarbeit, in der Praxis schwer zu erheben, da dazu keine transparenten Zahlen vorliegen.

Arbeitsbedingungen: Indikatoren zu Arbeitsbedingungen sind vorhanden und branchenunabhängig, z.B. zum gerechten Lohn und zu Arbeitszeiten. Sie sind in der Praxis weit verbreitet und kommen bereits häufig zur Anwendung.

Weiterführende Informationen:

1. Messen von Nachhaltigkeit: Eine konsistente Metrik für nachhaltige Batterien. Publikation der wissenschaftlichen Begleitung zur Fördermaßnahme Batteriezellfertigung
   im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz. VDI/VDE Innovation + Technik GmbH. 2022. https://www.ipcei-batteries.eu/fileadmin/Images/accompanying-research/publications/2022-01-BZF_Nachhaltigkeitsmetrik_DE.pdf
2. Neue EU-Batterieverordnung: So sollen Batterien umweltfreundlicher werden. https://www.deutsche-handwerks-zeitung.de/diese-aenderungen-bringt-die-neue-batterieverordnung-198209/
3. Europäischer Grüner Deal. Erster klimaneutraler Kontinent werden. https://commission.europa.eu/strategy-and-policy/priorities-2019-2024/european-green-deal_de
4. Europäische Kommission (2020). Vorschlag für eine VERORDNUNG DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES über Batterien und Altbatterien, zur Aufhebung der Richtlinie 2006/66/EG und zur Änderung der Verordnung (EU) 2019/1020, COM/2020/798 final
5. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) – Europäische Richtlinie zu Batterien und Akkumulatoren.