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Batterien für Elektrofahrzeuge – Kontroversen und Lösungen
7 min zu lesen 26 Mai 23
Der Internationalen Energieagentur zufolge entfallen 16 % der weltweiten CO2-Emissionen auf den Straßenverkehr. Daher spielt die Umstellung auf Elektrofahrzeuge eine entscheidende Rolle, um das Netto-Null-Emissionsziel zu erreichen. Elektrofahrzeuge haben nachhaltige Eigenschaften – doch zum Produktionsprozess gibt es ökologische und soziale Kontroversen. Lesen Sie mehr über die wichtigsten Diskussionspunkte und Lösungsansätze in der Wertschöpfungskette von Batterien.
Der Aufbau einer Batterie für Elektrofahrzeuge
Die meisten Stromer werden mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben. Der gleiche Batterietyp kommt auch in Laptops und Smartphones zum Einsatz. Ihre Leistung – einschließlich Energiedichte (Reichweite) und Sicherheit (Entflammbarkeit) – wird durch chemische Faktoren bestimmt. Verschiedene chemische Gemische weisen unterschiedliche Leistungsmerkmale auf: Bei Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid-Batterien (NMC) etwa ist der Kobaltanteil in der Kathode höher. Dadurch haben sie eine hohe Energiedichte und eine größere Reichweite.
Batterien für Elektrofahrzeuge funktionieren durch die Zirkulation von Elektronen. Diese erzeugt einen Potenzialunterschied zwischen zwei Elektroden – einer negativen („Anode“) und einer positiven („Kathode“). Diese sind von einer leitenden Flüssigkeit umgeben, dem „Elektrolyt“. Wenn die Batterie das Fahrzeug mit Strom versorgt, wandern die Elektronen von der Anode zur Kathode. Wird die Batterie aufgeladen, erfolgt der Vorgang umgekehrt.
Die Anoden bestehen in der Regel aus Graphit, während ein flüssiges oder gelartiges Lithiumsalz als Elektrolyt dient. Die Kathode sind Lithium-Metalloxid-Verbindungen aus Kobalt, Nickel, Mangan, Eisen und Aluminium. Ihre Zusammensetzung bestimmt weitgehend die Leistung der Batterie.
Ethische Probleme in der Lieferkette
Kobalt trägt zur Reichweite und Haltbarkeit bei, die Verbrauchern wichtig ist. Batterien für Elektroautos sind daher der größte Treiber der Kobaltnachfrage. Im Jahr 2021 haben sie dem „Cobalt Institute“ zufolge 34 % der weltweiten Kapazität beansprucht. Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen prognostizieren die EU-Kommission und die „Global Battery Alliance“ eine Vervierfachung des Kobaltbedarfs bis 2030.
Die Förderung von Kobalt ist eng mit ethischen Kontroversen zu Kinderarbeit und Sklaverei verknüpft – dem wohl kritischsten Thema bei Batterien für Elektroautos. Die Demokratische Republik Kongo produziert mehr als 70 % des weltweiten Kobalts. Allerdings entfallen 15-30 % ihrer Kapazitäten auf den Kleinst- und Kleinbergbau (ASM). Nur der industrielle Großbergbau im Kongo fördert weltweit mehr Kobalt zutage. ASM wird mit Kinder- und Sklavenarbeit in Verbindung gebracht. UNICEF schätzt, dass derzeit mehr als 40.000 Kinder in den Kleinst- und Kleinminen arbeiten.
Mit der fortschreitenden Umstellung auf E-Mobilität wird auch Kobalt aus Kleinstabbau in die Wertschöpfungskette integriert. Es ist unmöglich festzustellen, wie viel der heute produzierten Elektroauto-Batterien auch Rohstoffe aus Kleinstminen enthalten. Doch eines steht fest: Dies ist eine wichtige ethische Kontroverse, die fortbesteht.
Wo wird Kobalt angebaut?
Quelle: United States Geological Survey und Bernstein-Analyse, 2022.
Umweltschäden durch den Bergbau
Neben den sozialen Kontroversen führt die Gewinnung von wichtigen Mineralien wie Lithium und Nickel auch zu Umweltproblemen. McKinsey & Co. zufolge wird die zunehmende Nutzung von Elektrofahrzeugen die Lithiumproduktion in diesem Jahrzehnt voraussichtlich um etwa 20 % pro Jahr steigern. Bis 2030 werden Stromer 95 % des weltweit produzierten Lithiums benötigen.
Lithium wird entweder aus Gesteinen oder aus unterirdischen Salzlagerstätten gewonnen. Der Abbau von Hartgestein verursacht 15 Tonnen CO2-Emissionen pro Tonne Lithium – und er hinterlässt Spuren in der Landschaft. Auch mit der Wasserverschmutzung im australischen Bergbauzentrum Tasmanien wird er in Verbindung gebracht.
Bei der Gewinnung aus Salzlagerstätten entstehen fünf Tonnen CO2-Emissionen pro Tonne Lithium. Zudem ist der Abbau wasserintensiv: Meerwasser und andere Oberflächenwasser werden mit Süßwasser gemischt und in Teiche geleitet. Nach einem bis zu 18 Monate langen Verdunstungsprozess bleiben Mineralien zurück. Diese Praxis wird mit dem Wassermangel in Chile in Verbindung gebracht: Die Wasserverfügbarkeit ist dort in den letzten 30 Jahren um 10 bis 37 % gesunken. Prognosen zufolge wird sich dieses Problem noch weiter verschärfen.
Lithiumreserven finden sich vorrangig in Südamerika und Australien
Quelle: United States Geological Survey, MineSpans, 2022.
Nickel ist ein Schlüsselelement für Lithium-Ionen-Batterien: Nickel-Mangan-Kobalt-Batterien (NMC) enthalten 33 % Nickel, Nickel-Kobalt-Aluminium-Batterien (NCA) enthalten sogar 80 %. Der Nickelabbau ist emissionsintensiver als bei fast allen anderen Metallen; es fallen durchschnittlich zehn Tonnen CO2 pro Tonne Metall an. Der Abbau wird auch mit der zunehmenden Abholzung der Wälder und der Verschmutzung von Flüssen und Seen in Indonesien in Verbindung gebracht. Das Land verfügt über die weltweit größten Nickelreserven.
Sicherheitsbedenken
Smartphone-Akkus können beim Aufladen heiß werden, und dasselbe gilt natürlich für die Batterien von Elektrofahrzeugen. Das kann ernsthafte Gesundheitsrisiken bergen und für die Fahrerinnen und Fahrer sogar lebensbedrohlich sein, wenn die Batterien Feuer fangen.
Dies hat zu einer Reihe von viel beachteten Produktrückrufen geführt. So holte General Motors beispielsweise 73.000 Chevrolet Bolt zurück in die Werkstätten: Mindestens 13 Fahrzeuge hatten aufgrund „seltener Herstellungsfehler“ Feuer gefangen. Auch Hyundai rief 74.000 seiner Kona-Modelle zurück, nachdem 16 von ihnen Feuer gefangen hatten. In beiden Fällen wurden die Batterien von LG Energy Solutions (LGES) hergestellt.
Dabei sollte man jedoch eines im Blick behalten: Die Zahl der Rückrufe ist vergleichsweise gering angesichts der Millionen von Einheiten, die LGES jedes Jahr verkauft. Darüber hinaus sind Rückrufe keine Seltenheit – bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor gibt es sie bereits seit langem. So riefen beispielsweise VW und Audi im Jahr 2022 mehr als 225.000 Fahrzeuge zurück. Der Grund dafür waren Sicherheitsbedenken wegen fehlerhafter Reifendruckkontrollsysteme.
Welche möglichen Lösungen gibt es?
Die Herstellung von Elektroauto-Batterien steckt noch in den Kinderschuhen und entwickelt sich ständig weiter. Ein Patentrezept ist nicht in Sicht, doch für jede dieser Kontroversen gibt es verschiedene mögliche Lösungen. Auf einige davon gehen wir im Folgenden näher ein.
Recycling
Das Recycling von Batterien wird eine Schlüsselrolle dabei spielen, die ethischen und ökologischen Auswirkungen der Lieferkette von Elektroautos zu verbessern. Es wird erwartet, dass 2030 viele recycelte Batterien in die Lieferkette zurückfließen werden: Dann geht der 10-jährige Lebenszyklus der zwischen 2017 und 2022 hergestellten Batterien zu Ende.
Es ist nicht leicht zu beziffern wie hoch der Recyclinganteil sein wird, da es weltweit unterschiedliche Ziele und Vorschriften gibt. Derzeit liegt der Recyclinganteil von Batterien in der EU bei nur 12 % für Aluminium, 22 % für Kobalt, 8 % für Mangan und 16 % für Nickel. Mit den neuen EU-Vorschriften werden diese Zahlen jedoch steigen (näheres dazu weiter unten). Untersuchungen von Goldman Sachs gehen davon aus, dass bis 2040 mehr als 50 % des Lithiums und Nickels auf dem europäischen E-Mobilitäts-Markt aus recycelten Batterien stammen werden.
Dabei ist wichtig anzumerken, dass die Recyclingraten auch von der Batteriechemie abhängen. Einige Batterietypen sind leichter zu recyceln als andere. Zudem wurden viele Batterien ohne Rücksicht auf das Recycling entwickelt. Daher kann es schwierig sein, die Rohstoffe zurückzugewinnen. Denn vor 2020 gab es keine Recyclingvorschriften – die Hersteller hatten also aus dieser Richtung keinen Anreiz, ihre Batterien leicht recycelbar zu machen.
Die sich verändernde Regulierungslandschaft
Um die sozialen und ökologischen Probleme zu bewältigen, ist eine Weiterentwicklung der Vorschriften unerlässlich. Die EU hat eine Reihe von Verordnungen vorgeschlagen, um Recycling und Umwelttransparenz zu fördern. Dazu gehören Quoten für den Mindestanteil an recyceltem Material in neuen Batterien: Mindestens 12 % des Kobalts, 85 % des Bleis, 4 % des Lithiums und 4 % des Nickels müssen aus recycelten Quellen stammen.
Die Regulierung setzt auch neue Ziele für die Verwertung von Altbatterien. Für alte tragbare Batterien gilt eine Quote von 45 % bis 2023, 63 % bis 2027 und 73 % bis 2030. Für Batterien für „leichte Verkehrsmittel“ beträgt die Quote 51 % bis 2028 und 61 % bis 2031. Zudem müssen die Hersteller von Elektrofahrzeugen ihren CO2-Fußabdruck angeben. Sie müssen auch Höchstwerte für den CO2-Fußabdruck während des gesamten Lebenszyklus einhalten.
In den USA bietet der fast 400 Milliarden Dollar umfassende „Inflation Reduction Act“ den Herstellern von Elektroautos Steuergutschriften. Voraussetzungen: Entweder werden mindestens 50 % der Komponenten auf US-Boden hergestellt oder montiert; oder mindestens 40 % der mineralischen Bestandteile der Batterie werden in den USA oder Ländern mit einem Freihandelsabkommen mit den USA gewonnen, verarbeitet oder recycelt. Es wird erwartet, dass dies eine bessere inländische Lieferkette für die Batterien fördert. Zugleich sollte sich damit die Herkunft der Rohstoffe besser nachvollziehen lassen. Dies kann die Abhängigkeit von Ländern verringern, in denen Menschenrechtsprobleme bestehen.
Andere Batterietechnologien
Es zeichnen sich alternative Batteriechemien ab, welche die oben genannten Probleme in unterschiedlichem Ausmaß beseitigen könnten. Noch gibt es allerdings keine Alternative zu Li-Ionen-Batterien, die eine ähnliche Energiedichte hat und in großem Maßstab marktreif ist. Die Energiedichte bestimmt die Reichweite eines Elektrofahrzeugs. Diese entscheidende Herausforderung gilt es zu bewältigen, wenn alternative Batterien eine starke Stellung auf dem Weltmarkt einnehmen sollen. Zu den vielversprechendsten Anwärtern gehören:
Lithium-Eisenphosphat (LFP)
LFP-Akkus werden in Elektroautos europäischer Hersteller immer beliebter. Anstelle von Kobalt enthalten sie Eisen und Phosphat, also billigere und weiter verbreitete Rohstoffe. Diese Batterien haben eine geringere Energiedichte, aber eine höhere thermische Sicherheit als Li-Ionen-Batterien. Tesla verwendet jetzt LFP-Batterien für Model 3 und Model Y, die eine geringere Reichweite haben.
Natrium-Ionen (SIB)
Diese Technologie befindet sich im Anfangsstadium und ist noch nicht marktreif. Sie verwendet neben Aluminium auch Natrium, das mehr als 1.000 Mal häufiger vorkommt als Lithium. SIB-Batterien haben jedoch eine geringere Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien, also eine geringere Reichweite. Zudem sind sie schwerer und beträchtlich größer, was ihre Einsatzmöglichkeiten einschränkt.
Solid-State (Festkörperbatterien)
Festkörperbatterien verwenden einen festen Elektrolyten: etwa Keramik, Glas, Sulfite oder feste Polymere. Das unterscheidet sie von den Lithium-Ionen-Batterien, die derzeit Flüssigkeiten oder polymere Gele verwenden. Solid-State-Batterien enthalten zwar Kobalt, jedoch wesentlich weniger als Li-Ionen-Batterien. Vorteilhaft sind auch ihre Energiedichte und die geringere Brandgefahr. Viele Hersteller wie Toyota, Samsung und LGES streben an, Festkörperbatterien in den nächsten Jahren marktreif zu machen.
Zusammenfassung
Elektrofahrzeuge werden zweifellos zur Dekarbonisierung der Weltwirtschaft beitragen, und ihre breite Einführung wird auf dem Weg zu Netto-Null-Emissionen wichtig werden. Doch auch wenn sich die Branche kontinuierlich weiterentwickelt, müssen grundlegende soziale und ökologische Herausforderungen angegangen werden.
Der Wert der Vermögenswerte des Fonds kann sowohl fallen als auch steigen. Dies führt dazu, dass der Wert Ihrer Anlage steigen und fallen kann, und Sie bekommen möglicherweise weniger zurück, als Sie ursprünglich investiert haben. Die in diesem Dokument zum Ausdruck gebrachten Ansichten sollten nicht als Empfehlung, Beratung oder Prognose aufgefasst werden.
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