Wie Lithium-Ionen-Akkus die Automobilbranche verändern

In den vergangenen Jahren ist der globale Marktanteil an E-Fahrzeugen rasant angestiegen. Dabei handelt es sich bei der E-Mobilität um einen Megatrend, der die Zukunft des Fahrzeugbaus sowie des Autofahrens maßgeblich prägen wird. Lithium-Ionen-Akkus sind dabei die treibende Kraft hinter der E-Mobilität. Die wichtigsten Veränderungen in der Automobilbranche, ausgelöst durch den Einbau von Lithium-Ionen-Akkus in E-Autos, sind in folgendem Beitrag zu finden.

Was sind Lithium-Ionen-Akkus?

Lithium-Ionen-Akkus sind Akkus, die auf Lithium-Basis arbeiten und sich wieder aufladen lassen. Sie sind nicht nur in einer Vielzahl von Elektrogeräten verbaut, sondern bilden auch das Herzstück eines E-Fahrzeugs.

Diese Elektroautobatterien sind nicht nur wiederaufladbar, sondern haben auch eine deutlich höhere Energiedichte als andere Akkus. Zudem punkten sie mit einem geringen Kapazitätsverlust und einer hohen Langlebigkeit (zwischen 8 und 10 Jahren) bei fachgemäßer Handhabung. Aufgrund dieser positiven Eigenschaften ist der Lithium-Ionen-Akku in E-Fahrzeugen ein entscheidendes Bauteil.

Wie verändern Lithium-Ionen-Akkus die Automobilbranche?

Die Veränderungen, die Lithium-Ionen-Akkus in der Automobilbranche bewirken, sind vielfältig und tiefgreifend. Wie genau die Elektroautobatterien auf Lithium-Basis die Landschaft der E-Mobilität prägen, wird im nächsten Abschnitt dieses Beitrags beleuchtet.

Obwohl die Nutzung von Lithium-Ionen-Akkus CO₂-Emissionen reduziert, gibt es jedoch einige problematische Faktoren hinsichtlich der Herstellung und dem Recycling der Elektroautobatterien. Im Folgenden werden deshalb sowohl die Vorteile der Lithium-Ionen-Akkus sowie die damit verbundenen Herausforderungen erläutert.

Reduzierung von CO₂-Emissionen

Treibhausgasemissionen stellen ein großes Umweltproblem dar. Besonders beachtlich ist dabei der Schadstoffausstoß, der durch den Pkw- und Straßengüterverkehr verursacht wird. In Zahlen: Die Emissionen des Verkehrs sind seit 1990 von etwa 13 % auf 19,4 % angestiegen. Grund für diesen Anstieg der verkehrsbedingten CO₂-Emissionen ist dabei nicht nur eine rasante Zunahme des Individual- und Transportverkehrs, sondern auch die Tendenz, größere und schwerere Fahrzeuge in Anspruch zu nehmen.

Da die EU bis 2050 klimaneutral werden will, ist eine Reduzierung der verkehrsbedingten Treibhausgasemissionen unerlässlich. E-Autos, ausgestattet mit Lithium-Ionen-Akkus, spielen hierbei eine tragende Rolle, denn ihre Nutzung verursacht keinerlei CO₂-Emissionen.

Bedenkliche Akku-Herstellung

Obwohl E-Fahrzeuge mit Lithium-Ionen-Akkus keine Treibhausgase emittieren, wirft die Herstellung der Akkus einige umweltbezogene Bedenken auf. Diese ergeben sich aus den verschiedenen Aspekten der Rohstoffgewinnung und des Herstellungsprozesses:

• Rohstoffgewinnung: Die Förderung der nötigen Batterierohstoffe (z. B. Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan) ist sehr energieintensiv und führt daher zu erheblichen Umweltauswirkungen. So erfordert etwa die Lithiumgewinnung große Mengen an Wasser, was in trockenen Regionen wie dem südamerikanischen “Lithium-Dreieck” von Chile, Argentinien und Bolivien zu Wasserknappheit führen kann.

• Energieintensive Produktion: Der Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Akkus ist äußerst energieintensiv, insbesondere die Produktion der Kathoden- und Anodenmaterialien sowie die Montage der Zellen. Wenn die für die Produktion verwendete Energie aus nicht erneuerbaren Quellen stammt, erhöht dies den CO₂-Fußabdruck der Batterien erheblich.

• Einsatz von gefährlichen Chemikalien: Bei der Produktion der Akkuzellen werden gefährliche Chemikalien eingesetzt, die, wenn sie nicht ordnungsgemäß gehandhabt und entsorgt werden, zu erheblichen Umwelt- und Gesundheitsrisiken führen.

• CO₂-lastiger Transport: Die Rohstoffe für Lithium-Ionen-Akkus werden oft über große Entfernungen transportiert, bevor sie in den Produktionsstätten ankommen. Dieser Transport trägt ebenfalls zu den Treibhausgasemissionen bei.

Unvorhersehbare Rohstoffverfügbarkeit

Die weltweite Nachfrage nach Lithium-Ionen-Akkus wird aller Voraussicht nach von 185 GWh im Jahr 2020 auf über 2.000 GWh im Jahr 2030 steigen. Diese steigende Nachfrage verändert die globalen Lieferketten der Automobilbranche, speziell im Bereich der Rohstoffgewinnung für die Herstellung der Akkus. Obwohl es prinzipiell genügend Rohstoffvorkommen gibt, können temporäre Engpässe und Preissteigerungen nicht völlig ausgeschlossen werden.

Die Nachfrage nach Li-Akkus steigt bis 2030 weiter an, während die Preise pro kWh bis 2025 sinken (© protecto.de).

Wie aus der Infografik hervorgeht, zählt China zu den größten Reserven. Mit derzeit 41 % der Kobalt-Minen, 28 % der Lithium-Minen und 78 % der Grafit-Minen dominiert China derzeit die Vorkommen. Doch nicht nur die Rohstoffförderung, sondern auch die Weiterverarbeitung zu den Lithium-Ionen-Akkus liegt in der Hand der Volksrepublik.

Somit besteht für Europa eine große Abhängigkeit von China, was höchst problematisch ist. Denn welche Gefahren eine solche Abhängigkeit von Drittländern mit sich bringen kann, wurde mit der Invasion Russlands in der Ukraine im Februar 2022 deutlich, als plötzlich die Energieversorgung auf der Kippe stand.

Herausforderungen im Recycling

Mit dem Anstieg der Zahl der E-Fahrzeuge wächst auch die Notwendigkeit, effektive Recyclingmethoden für Lithium-Ionen-Akkus zu entwickeln. Denn selbst wenn sich die Akkus durch eine lange Lebensdauer auszeichnen, erreichen sie irgendwann das Ende ihres Lebenszyklus.

Ein korrektes Recycling ist dabei sehr wichtig, da sich die enthaltenen, recyclebaren Rohstoffe Grafit, Kobalt, Nickel, Mangan und Lithium wiederverwerten lassen. Dies ist besonders im Hinblick auf die steigende Nachfrage nach Lithium-Ionen-Akkus von großer Bedeutung, da es nicht mehr ausreicht, die Rohstoffe nur abzubauen.

Das Problem: Obwohl ausrangierte Lithium-Ionen-Akkus recycelt werden können, ist das Recyclingverfahren oft komplex und mit hohen Kosten verbunden. Denn um alle darin enthaltenen, recyclebaren Rohstoffe (Grafit, Kobalt, Nickel, Mangan, Lithium) zu trennen und wiederzuverwerten, ist eine Reihe von aufwändigen und kostspieligen Verfahren notwendig.

Veränderte Fahrzeugarchitektur

Die Integration von Lithium-Ionen-Akkus in E-Fahrzeugen, die sich problemlos unterwegs laden lassen, führt zu grundlegend neuen Fahrzeugdesigns und -architekturen. Die Akkus werden oft im Boden des Fahrzeugs untergebracht, was zu einem niedrigeren Schwerpunkt und verbesserter Stabilität und Sicherheit führt.

Fazit

Es ist unbestritten, dass Lithium-Ionen-Akkus eine tragende Rolle für die Zukunft der E-Mobilität spielen und dabei viele Veränderungen für die Automobilbranche mit sich bringen. Doch obwohl E-Autos mit Lithium-Ionen-Akkus emissionsfreie Fahrten ermöglichen, sieht es in puncto Herstellung und Recycling anders aus.