Das zweite Leben der Batterie (5/5)
Die Zweitnutzung von Batterien, für die oft der englische Begriff „second life“ verwendet wird, ist heute ein vieldiskutiertes Thema. Es ist auch das letzte Kapitel unserer Batterie-Universität. Mit der wachsenden Zahl von Batterieanwendungen weltweit stellt sich immer mehr die Frage, was aus Traktionsbatterien wird, wenn sie ihre ursprüngliche Aufgabe erfüllt haben. Die ersten Projekte zur Weiterverwendung ausgedienter Fahrzeugbatterien sind bereits im Entstehen. Doch schauen wir uns zunächst die Batterietechnologien und ihre Annahmen über das Leben nach dem Leben an.
Blei- und Nickelbatterien
Bleibatterien gehören zu den ältesten chemischen Energiespeichern. Blei-Säure-Batterien sind seit dem 19. Jahrhundert bekannt und wurden von Gaston Planté erfunden. Die positive Elektrode der GroE-Blei-Säure-Batterie ist sogar nach ihm benannt. Die Konstruktion von Bleibatterien basiert auf der Verwendung von Blei in den Elektroden und einer Schwefelsäurelösung als Elektrolyt.
Die Anwendungsbereiche für Bleibatterien sind sehr breit gefächert. Sie werden als Reservebatterien in USV-Anlagen, in Kraftwerken, Umspannwerken, als Starterbatterien in Autos, als Bordbatterien in Schienenfahrzeugen, als Speicher in Photovoltaikanlagen und auch als Traktionsbatterien eingesetzt.
Blei-Säure-Batterien sind nicht für die Zweitverwendung geeignet. Die Kapazität nimmt am Ende der Lebensdauer sehr schnell ab und eine weitere Verwendung ist nicht möglich. Sie können jedoch sehr gut recycelt werden, und das gesamte Material alter Bleibatterien wird für die Herstellung neuer Batterien verwendet. Obwohl Blei ein giftiges Element ist, ist es sehr wertvoll, und sein Preis bleibt mit 1.500 USD/t relativ stabil. Das Diagramm in Abbildung 1 zeigt die Preisentwicklung von Blei an der Londoner Börse.
Wenn Sie also alte Bleibatterien zu Hause haben, zögern Sie nicht, die nächstgelegene Sammelstelle aufzusuchen, da Sie für eine Bleibatterie als Abfall gutes Geld bekommen.
| Lead | Blei |
| VÝVOJ CENY OLOVA NA LONDON METAL EXCHANGE | PREISENTWICKLUNG VON BLEI AN DER LONDONER METALLBÖRSE |
| SOURCE: TRADINGECONOMICS.COM | QUELLE: TRADINGECONOMICS.COM |
Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Batterien sind wie Bleibatterien voller Metalle, die nicht gerade gesundheitsfördernd sind. Nickel ist in großen Mengen ein giftiges Element, und im Falle von Nickel-Cadmium-Batterien sind die schädlichen Auswirkungen von Cadmium noch schlimmer, weshalb ihre Verwendung in der EU auch stark eingeschränkt wurde.
Der Vorteil von NiCd- und MiMH-Batterien ist jedoch, dass mehr als 95 % des Materials zur Herstellung neuer Batterien recycelt werden können. Und wo können wir sie finden? NiCd-Batterien werden heute in Schienenfahrzeugen als Bordbatterien eingesetzt, insbesondere in Gebieten mit niedrigeren Temperaturen, die sie besser vertragen als Bleibatterien. NiMH-Batterien sind hauptsächlich als wiederaufladbare Stabbatterien und in einigen elektronischen Geräten zu finden. Sie werden jedoch auch in der Elektromobilität eingesetzt, insbesondere in älteren Hybridfahrzeugen.
Lithiumbatterien
Bei Lithiumbatterien handelt es sich im Gegensatz zu den beiden vorhergehenden Arten um viele verschiedene Typen, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden. Die meisten von ihnen enthalten jedoch seltene chemische Elemente, die auf der Welt nicht im Überfluss vorhanden sind. Daher ist die Suche nach einem effizienten Recycling ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Elektrifizierung des Verkehrs und auch anderer Bereiche des menschlichen Lebens. Ein Leben ohne Lithiumbatterien ist schon jetzt kaum noch vorstellbar. In unseren Mobiltelefonen, Computern, Taschenlampen, kabellosen Werkzeugen und anderen Geräten sind Lithiumbatterien verbaut. Hinzu kommen elektrifizierte Verkehrsmittel, industrielle Anwendungen wie Materialtransportgeräte, aber auch Batteriespeicher. Daher gibt es eine große Anzahl von Batterien, die eines Tages auf umweltfreundliche Weise entsorgt werden müssen. Bis vor kurzem war effizientes Recycling von Lithiumbatterien nur ein Wunschdenken.
Bislang wurden beim Recycling eher sekundäre Bestandteile wie Kupfer aus Zellbrücken oder Aluminium aus Zellkörpern zurückgewonnen, nicht aber die Edelmetalle, die Bestandteil der Batterie selbst sind.
Heute gibt es etablierte kommerzielle Verfahren, die mehr als 80 % der wiederverwendbaren Materialien aus Lithiumbatterien zurückgewinnen können. Sie können auch Stoffe aus recycelten Batterien zurückgewinnen, die zuvor nicht rückgewonnen werden konnten. Dazu gehören Kobalt, Magnesium, Nickel und Lithium. Ein Beispiel ist das kanadische Unternehmen Li-Cycle, das dank seiner einzigartigen Zellaufbereitungstechnologie und des anschließenden hydrometallurgischen Prozesses 95 % der Materialien aus Batteriezellen für die weitere Verwendung zurückgewinnen kann. Den gleichen Weg geht das finnische Energieunternehmen Fortum, das neben dem Betrieb von Kraftwerken, einschließlich Kernkraftwerken, auch auf das Recycling von Batterien setzt, die das Ende ihrer Lebensdauer tatsächlich erreicht haben.
Aber was macht man mit den Batterien, die noch verwendet werden können?
Dieses Thema wird gerade sehr interessant. Obwohl wir uns noch in einer Zeit befinden, in der sich die Elektromobilität noch weiterentwickelt, machen wir uns so langsam Gedanken darüber, was wir mit den Batterien anstellen, die wir in unseren Fahrzeugen durch neue ersetzt haben.
Wir müssen nicht weit gehen, um ausrangierte Batterien zu verwenden. In seinem zweiten LTO-Lebenszyklus verwendet nano power ein 80-kWh-Batteriespeichersystem (siehe folgende Abbildung), das aus ausrangierten Batterien besteht, die ursprünglich in FTF-Robotern in Porsche-Werken eingesetzt wurden. Dieser Batteriespeicher wird verwendet, um die Kapazitäten von Traktions- und anderen Batterien zu messen. Energie wird von der zweiten Lebensdauer des Batteriespeichers auf eine andere Batterie und zurück übertragen. Bei der Kapazitätsmessung muss die Batterie also nicht durch eine Last entladen werden, die im Grunde ein starkes Heizgerät ist, wodurch Energie durch die beim Entladen entstehende Wärme verschwendet wird. Wenn die Batterie entladen ist, muss nano power keinen Strom aus dem Netz beziehen, um die Batterie wieder aufzuladen. Dieses Konzept spart nicht nur Kosten, sondern ermöglicht auch eine intelligente Nutzung von Batterien, die nach ihrer ursprünglichen Verwendung entsorgt werden.
Ein weiteres interessantes Konzept von nano power für die Verwendung ausrangierter Batterien ist das Aufladen von Elektroautos, Elektrobussen und anderen Elektrofahrzeugen.
Wie bereits mehrfach erwähnt, sind Traktionsbatterien für den Einsatz in Fahrzeugen nicht mehr geeignet, sobald ihre Kapazität auf 80 % ihres ursprünglichen Wertes gesunken ist. Insbesondere LTO-Batterien, die in energieintensiven Anwendungen eingesetzt werden, haben jedoch schon früher andere bekannte Erschöpfungszustände erreicht. Dabei handelt es sich um das Erreichen von 150 % des ursprünglichen Innenwiderstandes, was dann die hohe Leistung in der Größenordnung von 8C der C-Rate, die LTOs bewältigen können, stark einschränkt. (Es sei daran erinnert, dass die C-Rate, d. h. der Strombelastungsfaktor, die Lade- und Entladerate der Batterie angibt. Für den praktischen Gebrauch stellt er das Verhältnis zwischen der Lade- und Entladeleistung der Batterie in kW und ihrer Kapazität in kWh dar). Nach vielen Betriebsjahren ist eine LTO-Batterie nicht mehr in der Lage, eine C-Rate von 8C zu erreichen, hat aber immer noch eine ausreichende Kapazität und vor allem eine zyklische Lebensdauer für Anwendungen, bei denen sie regelmäßig geladen und entladen wird. Die LTO-Batterie mit einer zweiten Lebensdauer ist daher eine ideale Lösung, um das Laden als Stromquelle zu unterstützen. Beispiel hierzu ist die Reduzierung von Spitzenlasten, bei denen die Batterie die fehlende Energie für ein Gerät liefert – z. B. eine Ladestation für Elektroautos.
Wie in dem Diagramm zu sehen ist, stehen wir am Anfang der Zweitnutzung von Batterien, die aus ihren ursprünglichen Anwendungen ausrangiert wurden. Das exponentielle Wachstum gibt uns die Möglichkeit, die Batterien, die bereits das Ende der Lebensdauer in unseren Autos erreicht haben, viel besser zu nutzen. Ob wir nun ein Verkehrsunternehmen, ein Energieunternehmen oder ein Endverbraucher sind, wir haben einmal für eine Batterie bezahlt, die in Elektrobussen, Oberleitungsbussen, Straßenbahnen, Zügen, Schiffen und Industriefahrzeugen eingesetzt wird. Lassen wir diese Batterie weiter arbeiten und überlegen wir uns, wie wir unsere Batterie in unseren oder anderen Anwendungen weiter nutzen können. Auf jeden Fall können wir die Lebensdauer der Batterie um viele Jahre verlängern. Dies wird uns Zeit geben, Technologien zu entwickeln, die den Recyclingprozess auf das gleiche Niveau wie bei den heutigen Blei-Säure-Batterien bringen, die zu 100 % recycelt werden, und so die Produktion anderer neuer Blei-Säure-Batterien wirtschaftlich und ökologisch erheblich erleichtern.
Zusammenfassung
Dieser Artikel bildet den Abschluss der kurzen Artikelserie unserer Batterie-Universität. Wir hoffen, dass wir Ihnen gemeinsam geholfen haben, die Grundlagen der Auswahl der richtigen Batterie für Ihre Anwendung besser zu verstehen.
Gerade bei elektrischen Straßenfahrzeugen machen die Batterien einen sehr großen Teil der Anschaffungskosten aus. Daher sollten in Ausschreibungsunterlagen und Angeboten die wesentlichen Merkmale, die eine bestimmte Anwendung an die Batterie stellt, korrekt definiert werden.
Im Schienenverkehr wiederum ist das Schlüsselelement die Lebensdauer: je länger, desto besser, denn die Servicekosten steigen bei häufigem Austausch von Traktionsbatterien erheblich.
Vielen Dank, dass Sie sich die Zeit genommen haben, diesen Abschnitt zu lesen.
František Šťastný