Man kann es drehen und wenden, wie man will: Inzwischen zeichnet sich trotz Investitionen in Alternativen wie etwa E-Fuels ab, dass das batterieelektrische-Elektroauto für die Mobilität der Zukunft steht. Einigen Widersprüchen zum Trotz. Denn uneingeschränkt umweltfreundlich oder gar nachhaltig sind die Stromer (noch?) nicht. Das Fraunhofer Institut arbeitet jetzt an der Optimierung von Lithium-Ionen-Akkus, damit E-Autos der Zukunft klimafreundlicher unterwegs sein können. Das Stichwort heißt Recycling.
Um es positiv zu formulieren: Was die Energiebilanz der Produktion von E-Auto-Akkus und Elektromotoren angeht, ist noch Luft nach oben. Rohstoffe werden durch die ganze Welt geschifft und auch die Weiterverarbeitung und Fertigung ist alles andere als klimaneutral: So stammen rund 80 Prozent des weltweit abgebauten Lithiums aus Chile, Australien und Argentinien. Weiterverarbeitet wird es häufig in China.
Als besonders heikel gilt Kobalt, das zum großen Teil aus der Demokratischen Republik Kongo stammt und das für den Pluspol der meisten E-Autos benötigt wird. Denn aus den Minen im Kongo wird immer wieder über Kinderarbeit berichtet.
Außerdem verursachen sämtliche Rohstoffe einen hohen Wasserverbrauch und eine starke Verunreinigung von Wasser. Ein weiteres Problem: Die in den Autos verbauten Lithium-Ionen-Batterien High-Tech-Materialien werden derzeit nur unvollständig und mit erheblichem Aufwand recycelt.
Lithium-Ionen-Batterie umwelttechnisch optimieren
Ein Konsortium bestehend aus Experten*innen des Fraunhofer Instituts und Industrieunternehmen setzt genau hier an: Gemeinsam wollen die Partner die Lithium-Ionen-Batterie umwelttechnisch optimieren, damit zukünftige E-Autos klimafreundlicher unterwegs sind. „Die Ziele sind weitreichend: Batterien sollen sich nicht nur nachhaltiger herstellen lassen, sondern auch besser gegen thermische Zersetzung gewappnet und damit sicherer sein“, heißt es in einer Erklärung des Fraunhofer Instituts. „Außerdem steht die vollständige Wiederverwertbarkeit der Batterien im Fokus der Entwicklungsarbeiten. Aber auch bei der Leistungsfähigkeit soll die neue Batterie punkten und durch Anpassung der Elektrolyte ebenso bei niedrigen Temperaturen viel Leistung abrufen können.“
Während sich die Industriepartner des Konsortiums den Elektrolyten widmen, optimieren die Forschungseinrichtungen die Elektroden. „Die Anode besteht beispielsweise aus einem hochporösen Kohlenstoff-Aerogel, das (…) aus nachhaltigen Biorohstoffen hergestellt werden soll“, erläutern Christian Kaiser und Dr. Sebastian Dittrich, Leiter der Arbeitsgruppe „Aufbereitung und Verwertung“ am Fraunhofer Institut für Bauphysik. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit wird dieses Aerogel mit einem vom Fraunhofer IBP aufbereiteten Industrieruß kombiniert. Das Besondere: Die Forscher*innen nutzen dazu keinen neu produzierten Industrieruß, sondern gewinnen ihn aus Altreifen.
Industrieruß aus Altreifen
Das Problem bei recyceltem Industrieruß, der auch etwas griffiger als „Carbon Black“ bezeichnet wird: Er ist verunreinigt und lässt sich unbehandelt nicht nutzen. Aus diesem Grund haben die Forscherinnen und Forscher ein spezielles Reinigungsverfahren entwickelt, das den Industrieruß für die Herstellung von Reifen nutzbar macht. Im Rahmen des Projekts soll der Reinigungsprozess nun noch weiter optimiert und die erzielte Reinheit so weit erhöht werden, dass sich das „Recovered Carbon Black“ auch in den Lithium-Ionen-Batterien einsetzen lässt. Neben der Gewinnung des Carbon Black aus Altreifen wollen die Forscher*innen auch die Elektroden und den Elektrolyten selbst so konzipieren, dass sich diese am Ende der Batterie-Lebensdauer wiederverwerten lassen.
Ganzheitliche und praxisnahen Bewertung der Potenziale
Ein besonderer Augenmerk gilt dabei einer ganzheitlichen und praxisnahen Betrachtung und Bewertung der Potenziale: So ist die Analyse der Ökobilanz genauso Bestandteil wie die angestrebte Fertigung im industriellen Maßstab. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wollen die Expertenteams dabei stets im Blick behalten. Auch die Planungen für eine Pilotanlage am Fraunhofer IBP sind bereits angelaufen. Ziel ist es, die entwickelte Technologie in Form einer Batterie als Anwendungsbeispiel in einem Laptop oder einem E-Auto zu nutzen. Anschließend sollen alle Komponenten vollständig recycelt werden. Das Projekt soll bis 2025 laufen.
