Batteriezellenproduktion – ein Abfallproblem

Durch die Zellfertigung in Deutschland entsteht ein enorm hoher Entsorgungsaufwand

Wie das Handelsblatt berichtete, führt die geplante Batteriezellenproduktion in Deutschland zu einem Abfallproblem. Die heutigen Kapazitäten der Recyclingfirmen würden hierzu nicht ausreichen. Die Problematik ist, dass bei der Batterieproduktion hohe Ausschussraten von bis zu 10 Prozent entstehen, wie es auch der Maschinenbauverband VDMA in seiner Roadmap-Beschreibung für die Batterieproduktion erklärt. Die Ausbeute an Zellen beträgt selbst in eingefahrenen Fabriken nur etwa 90 Prozent, so der VDMA. Würden alle Zellhersteller in Deutschland 10 Prozent Ausschuss produzieren, entstünden künftig 78.000 Tonnen Müll pro Jahr.

Der Rechnung zugrunde gelegt wird eine Lithium-Ionen-Zelle mit 250 Wattstunden pro Kilogramm, wie sie etwa im Tesla-Model S verbaut ist. Der Zellschrott käme zu jener Menge an Altbatterien hinzu, die aus der Verwertung gebrauchter E-Autos entstehen. Die Kapazitäten der Betriebe, die Lithium-Ionen-Akkus verwerten können, liegt aktuell nur bei rund 20.000 Tonnen.

Die Gründe für den hohen Fehleranteil bei der Batteriezellenproduktion sind sehr vielschichtig. Einer fertigen Batteriezelle gehen viele Einzelschritte voraus. „Bereits geringe Ausschussraten pro Prozessschritt können sich entlang der Prozesskette potenzieren“, so der VDMA. Bei Milliarden an produzierten Zellen pro Jahr, kommt ein hoher Energieverbrauch und CO2-Ausstoß allein für die Fehlproduktion zusammen. 75 Prozent der Treibhausgasbilanz der Batterieherstellung gehen laut des Think-Tank Agora Verkehrswende auf die Zellherstellung zurück. Der größte Beitrag mit 50 Prozent entsteht durch den Strombedarf in den Fabriken. Da unbrauchbare Zellen erst am Schluss identifiziert werden, wird viel Energie für etwas eingesetzt, das später als Abfall im Recycling landet.

Zudem landen schon jetzt tausende Tonnen Antriebsbatterien bei den Entsorgern. Genaue Zahlen, wie viel Altbatterien aus E-Fahrzeugen in Deutschland gesammelt und entsorgt werden, kennt zurzeit niemand. Laut Umweltbundesamt könnten dies 2020 schon 10.000 Tonnen gewesen sein. Ein Grund für die vorzeitige Entsorgung von Batterien sind sogenannte Rückrufaktionen der Hersteller. Laut Handelsblatt wurden in den vergangenen Monaten von fast jedem Kfz-Hersteller Fahrzeuge wegen Batterieproblemen zurück in die Werkstätten gerufen. Die meisten der ausgetauschten Batterien landen dann bei den Verwertern. Eine der größten Rückrufaktionen betraf 5.790 Modelle des Hyundai Kona. Auch bei Ford waren die Akkus von 8.900 Kuga-Plug-in-Hybriden betroffen und mussten ausgetauscht werden.

Aber auch der Hochlauf der Elektromobilität verursacht Ausschuss. „Es gibt Autohersteller, die, bevor sie das erste Auto einer Serie auf den Markt bringen, tausende Tonnen Abfallbatterien produzieren“, sagt ein Experte zum Handelsblatt. Von den neuen Mercedes-Modellen EQA und EQC sind erst wenige Hundert in Deutschland vertrieben worden. Aber die Recyclingmengen lägen laut Insidern schon im vierstelligen Tonnenbereich. Mercedes schreibt auf Anfrage des Handelsblattes: „Das intensive Testen unserer Neufahrzeuge sowie die Absicherung einer hohen Produktionsqualität in den Serienanläufen führen permanent zu geplanten Entsorgungsvolumen.“

Für das letzte Quartal 2021 soll der US-Autobauer Tesla nach Recyclingkapazitäten für 500 Tonnen Batterien in Deutschland suchen, die voraussichtlich in der Gigafactory in Brandenburg in 2021 noch anfallen werden. Dies ist vergleichbar mit 1.000 Modell S-Batterien, die mit einem Gewicht von 500 Kilogramm im Müll landen, ohne einen Kilometer Strecke zurückgelegt zu haben, so das Handelsblatt weiter.

Etwa 40 Prozent der Treibhausgase, die bei der Herstellung eines E-Autos entstehen, gehen auf den Akku zurück. Die Herstellung einer Batterie von 100 kWh, wie zum Beispiel die des Tesla S, erzeugt zwischen 15 und 20 Tonnen CO2-Emissionen. Bei 1.000 im Quartal verschrotteten Model S-Batterien, wären dies 15.000 Tonnen CO2. Des Weiteren werden seltene Metalle, wie Lithium, Cobalt und Mangan verarbeitet.

Die vielfach angestrebte Zweitnutzung einer ausgedienten Batterie findet in der Praxis bisher nicht statt. Mercedes bestätigte, dass im Jahr 2020 erst 10 bis 30 Prozent der Altbatterien ein zweites Leben erhielten. Volkswagen prüft laut eigenen Angaben „perspektivisch“ den Einsatz von Batterien aus alten E-Fahrzeugen. Bevor man sich entscheidet, eine alte Batterie weiter zu nutzen, muss der Recycler feststellen, wie viel Restenergie der Akku noch hat. Das Batteriepack auseinanderzubauen, um die Restenergie pro Modul zu ermitteln, ist allerdings der aufwendigste Schritt. Den Autobauern würde ein solches System viel leichter fallen, da sie den Aufbau der Batterie kennen. Volkswagen hat eine eigene Recyclinganlage als Pilotprojekt in Salzgitter gestartet. Die dortigen Erfahrungen sollen „langfristig in die Entwicklung neuer Batteriesysteme einfließen, um zukünftig bei gleichbleibender Sicherheit auch die Demontage weiter zu erleichtern!“ so der Konzern zum Handelsblatt.

Allerdings ist die Demontage der Batterie personalintensiv. Was fehlt, ist eine Standardisierung. Dies könnte zu einem Problem werden, wenn das geschätzte Altbatterieaufkommen aus E-Autos bis 2025 auf 160.000 Tonnen ansteigt. Laut Experten ist das Zerlegen des Akkupacks nicht sinnvoll zu automatisieren, weil jedes Pack anders aussieht. Zusätzlich haben die Verwerter mit unterschiedlichsten Schraub- und Klebeverbindungen in den Batterien zu kämpfen. Wie ein Verwerter berichtete, ist eine Automatisierung technologisch möglich, aber es lohne sich nicht, angesichts der Fülle an unterschiedlichen Designs sowohl innerhalb einer Marke als auch herstellerübergreifend.

Bei der Herstellung der Batterie muss zum einen der Ausschuss dauerhaft reduziert werden. Hierfür gilt es Fehlteile früher zu erkennen. Auf der anderen Seite wäre eine Standardisierung für alle Batteriehersteller ein Weg, um das spätere Recyceln zu automatisieren. Allerdings ist es unwahrscheinlich, dass die Automobilindustrie sich auf einen standardisierten Automobilantrieb einlässt. Je mehr Energiezellenproduktion wir nach Deutschland nehmen, umso mehr müssen wir uns auch in Deutschland mit der Entsorgung beschäftigen. Bisher hatten wir dieses Problem China überlassen.