Die Zulassung von Elektrofahrzeugen nimmt stetig zu. Waren es im Jahr 2020 insgesamt noch knapp 136.000 Zulassungen, sind im Oktober 2021 bereits rund 516.000 E-Fahrzeuge zugelassen worden (vgl. statista.de 2022). Gründe für den rasanten und anhaltenden Anstieg sind sicherlich auch die finanzielle Förderung und steuerliche Begünstigung durch den Staat, der auf den emissionsfreien Antrieb zur Einhaltung der Klimaziele setzt. Doch immer noch gibt es zahlreiche Bedenken rund um Elektrofahrzeuge, die insbesondere auch die Batterie bzw. den Akku eines E-Autos betreffen: Wie klimafreundlich können Batterien für E-Autos überhaupt hergestellt werden? Wie lange ist die Lebensdauer und wie werden die Akkus entsorgt? Im heutigen Beitrag befassen wir uns mit der Kapazität, den Kosten, aber auch der Produktion und der Entsorgung.
Inhaltsverzeichnis:
- Elektrofahrzeuge: Batterie oder Akku?
- Produktion von E-Auto-Akkus
- Kosten eines E-Auto-Akkus
- Wie lange hält der Akku?
- E-Auto-Batterie: Herstellergarantie und Tiefenentladung
- E-Auto-Akku wechseln lassen?
- Entsorgung der Batterie
Elektrofahrzeuge: Batterie oder Akku?
Um ein Fahrzeug mit elektrischer Energie antreiben zu können, wird ein Energiespeicher benötigt, der bei E-Autos heutzutage unlängst als Batterie oder Antriebsbatterie bekannt ist. Streng genommen ist die Antriebsbatterie bei einem E-Auto jedoch keine Batterie, sondern ein Akkumulator, kurz Akku. Eine Batterie ist ein Energiespeicher, der Energie abgeben kann, wenn diese benötigt wird. Im Gegensatz zu einem Akku kann der Batterie aber keine Energie zurückgeführt werden bzw. diese gespeichert werden, sondern sie wird nach der Energieabgabe unbrauchbar. Ein Akku ist somit immer auch eine Batterie, aber nicht jede Batterie ist auch ein Akku. Allgemein hat sich jedoch der Begriff „Batterie“ als Oberbegriff durchgesetzt. Dies ist auch darauf zurückzuführen, dass im internationalen bzw. englischen Sprachgebrauch nicht zwischen Batterie und Akku im Zusammenhang mit Elektromobilität unterschieden wird. So sind reine Elektroautos auch als Battery Electric Vehicle (BEV) bekannt. Die meisten Elektrofahrzeuge werden heutzutage mit Lithium-Ionen-Akku betrieben.
Unterschied zwischen Starter- und Antriebsbatterie
Den Begriff Batterie in Zusammenhang mit einem Fahrzeug kennt man nicht nur von Elektrofahrzeugen. Die von Verbrennern bekannte Autobatterie ist auch ein Akkumulator. Jedoch unterscheiden sich beide Arten von Batterie voneinander. Die Starterbatterie liefert die elektrische Energie für den Anlasser. Sie ermöglicht eine hohe, aber meist kurzfristige Abgabe von Strom. Häufig handelt es sich bei Starterbatterien um Bleiakkumulatoren. Die Antriebs- oder Verbraucherbatterie auf Basis von Lithium-Ionen hingegen dient dazu, das Fahrzeug auch während der Fahrt mit elektrischer Energie zu versorgen. Lithium-Ionen-Akkus sind auf eine längere und andauernde Energieversorgung ausgelegt.
Produktion von E-Auto-Akkus
Im Gegensatz zu herkömmlichen Antrieben verursachen Elektrofahrzeuge während der Fahrt keine Emissionen, weshalb sie als klimafreundlichere Alternative gelten. Allerdings muss man auch den Produktionsprozess der E-Autos betrachten und dabei verursachen Elektrofahrzeuge heutzutage sehr wohl noch Treibhausgasemissionen. Im Faktencheck des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung (ISI) wird sogar dargelegt, dass „die Produktionsprozesse für die Batterie deutlich energieintensiver“ sind als von konventionellen Antrieben (Fraunhofer ISI 2020, S. 10). Es wird davon ausgegangen, dass „70 bis 130 Prozent höhere Treibhausgasemissionen“ anfallen können, abhängig unter anderem von der Energiequelle beim Produktionsprozess und der Batteriegröße.
Betrachtet man jedoch den gesamten Prozess von der Produktion über die Nutzung bis hin zur Verwertung (Recycling) schneiden Elektrofahrzeuge jedoch immer noch mit 15 bis 30 Prozent weniger Emission im Vergleich zu Diesel- oder Benzinfahrzeugen ab (vgl. ebd.).
Ein weiterer Grund warum die Produktion von E-Auto-Batterien kritisch gesehen wird, sind die Umstände, unter welchen die Rohstoffe gewonnen werden. Für die Herstellung und Verarbeitung der Batterien werden Rohstoffe benötigt, wie Lithium, Kobalt, Nickel, Grafit und Mangan. Das Lithium-Aufkommen beispielsweise ist unter den Salzseen von Bolivien und in der Atacama-Wüste in Chile und Argentinien zu finden. Auch Australien ist für ein Großteil der Lithium-Gewinnung verantwortlich. Diese kann allerdings nur unter hohem Wassereinsatz erfolgen, weshalb der Abbau als schädlich für die Umwelt gilt. Im Kongo wiederum wird der Rohstoff Kobalt gewonnen, der teilweise von Kinderarbeitern zu Tage gefördert wird und daher massiv in der Kritik steht.
Bezüglich des Aufkommens und der Knappheit von Rohstoffen verweist das Fraunhofer Institut auf eine Studie, die bereits in den Jahren von 2009 bis 2015 durchgeführt wurde. Demnach ist das weltweite Vorkommen der für die Batterieherstellung benötigten Rohstoffen grundsätzlich höher als der prognostizierte Bedarf. Allerdings wird auch darauf hingewiesen, dass „temporäre Verknappungen“ möglich sind (vgl. ebd., S. 12). Aktuellere Analyse hingegen sind weniger optimistisch. So weist die Deutsche Rohstoffagentur (DERA) darauf hin, dass der Rohstoffbedarf von insgesamt elf Metallen im Jahr 2040 deutlich über dem heutigen Bedarf liegen wird (vgl. solarserver.de 2021). Das Fraunhofer Institut weist jedoch darauf hin, dass beispielsweise Nickel und Kobalt „zu über 90 Prozent aus gesammelten Batterien zurückgewonnen werden“ können, wenn Batterien entsprechend recycelt werden (Fraunhofer ISI 2020, S. 13).
Neben der Frage nach der Erschöpfbarkeit von Rohstoffen sollten folglich auch die Bedingungen zum Abbau näher betrachtet werden. Wichtig ist, dass der Abbau in Zukunft ökologischer wird und vor allem unter Menschen würdigen Bedingungen stattfindet. Zudem müssen Verfahren zu Wiederverwertbarkeit der Rohstoffe vorangetrieben werden.
Kosten eines E-Auto-Akkus
Die Batterie bzw. der Akku eines E-Autos ist nicht nur die wichtigste, sondern auch die teuerste Komponente. Abhängig vom Fahrzeugtyp und der Größe des Akkus beginnen die Preise bei rund 5.000 Euro und reichen bis teils über 10.000 Euro. Demnach kommen die Kosten für einen neuen E-Auto-Akku nahe den Kosten eines neuen Kleinwagens mit herkömmlichem Antrieb. Ab 100 Euro pro Kilowattstunde können E-Autos mit den Kosten vergleichbarer Verbrenner mithalten. Große Automobilhersteller wie Tesla oder VW streben an, diese Marke zu erreichen bzw. sogar zu unterschreiten.
Den Akku mieten?
Einige Hersteller bieten den Akku für ein E-Auto auch zur Miete an. Dadurch können die Anschaffungskosten für ein Elektrofahrzeug reduziert werden. Der Akku für das E-Auto bleibt dann im Besitz des Herstellers. Die Mietkosten für den Akku werden monatlich abgerechnet und werden meist nach jährlicher Fahrleistung des Autos gestaffelt. Der Mietpreis inkludiert meist einen Pannenservice und es wird ein kostenfreier Austausch des Akkus bei einem Defekt garantiert. Da sich die monatlichen Mietkosten jedoch nach der Fahrleistung berechnen, kann es für Vielfahrer schnell teuer werden. Hinzukommt, dass die Hersteller für den Kauf des Akkus meist ebenfalls eine lange Garantie anbieten. Dabei wird der Akku ebenfalls bei einem Defekt ohne Mehrkosten ausgetauscht.
Wie lange hält der Akku?
Im Alltag stellt man immer wieder fest, dass die Lebensdauer eines Akkus, wie beispielsweise beim Smartphone oder Laptop begrenzt ist. Folglich ist auch die Lebensdauer eines E-Auto-Akkus endlich. Das bezieht sich zum einen darauf, dass die Kapazität eines Lithium-Ionen-Akkus mit dem Alter abnimmt. Zum anderen verringert sich diese aber auch durch die Häufigkeit der Ladezyklen.
Derzeit geht man von einer durchschnittlichen Lebensdauer der E-Auto-Akkus von rund acht bis zehn Jahren bzw. 500 bis 1.000 Ladezyklen aus. Dabei liegt die Annahme zu Grunde, dass eine durchschnittliche Reichweite von 200 Kilometern pro Ladevorgang erzielt wird. In Summe entspricht das einer Laufleistung von 100.000 bis 160.000 Kilometern. Der stetige technische Fortschritt sorgt aber dafür, dass moderne Lithium-Ionen-Akkus heutzutage teilweise schon eine Ladeleistung von bis zu 3.000 Ladezyklen erreichen. Der ADAC testete im Rahmen einer Langzeitstudie die Lebensdauer verschiedener E-Fahrzeugmodelle. Dabei kam heraus, dass beispielsweise die Akku-Kapazität bei einem BMW i3 nach fünf Jahren und rund 100.000 Kilometern Laufleistung noch 86 Prozent betrug. Davon ausgehend konnte die Annahme aufgestellt werden, dass die Kapazität bei einer Laufleistung von 200.00 Kilometern über zehn Jahre noch 70 Prozent betragen würde. Mit dem natürlichen Verlust der Kapazität über die Jahre geht auch ein Verlust der Reichweite des Fahrzeugs einher, denn der Akku kann weniger Energie speichern. Entsprechend häufiger muss ein E-Auto geladen werden.
Zukünftig sollen E-Auto- und Hybridfahrzeughersteller zu einer Mindesthaltbarkeit der Akkus via Gesetz verpflichtet werden. Auf einen unverbindlichen Entwurf einigten sich die USA, die EU, China und weitere Mitglieder des „Weltforums für die Harmonisierung von Fahrzeugvorschriften der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UNECE)“. Eine Abstimmung über das Gesetz soll voraussichtlich noch im März 2022 durchgeführt werden. Ab 2023 könnte dann die Mindesthaltbarkeit für Akkus bereits in Kraft treten. Der Entwurf sieht vor, dass die Akkukapazität bei einer Nutzung von fünf Jahren bzw. 100.000 Kilometern noch mindestens 80 Prozent beträgt. Nach acht Jahren oder 160.000 Kilometern soll die Restkapazität noch mindestens 70 Prozent betragen.
E-Auto-Batterie: Herstellergarantie und Tiefenentladung
Aufgrund der bekannten Probleme rund um den Kapazitätsverlust, den hohen Anschaffungspreis und der Ressourcen- und Recyclingprozesse gewähren die Hersteller eine Garantie auf den E-Auto-Akku. Die Garantiedauer variiert je nach Hersteller. Inzwischen hat sich aber bei den meisten Herstellern ein Zeitraum von acht Jahren bzw. eine Laufleistung von 160.000 Kilometern bewährt. Zu diesem Zeitpunkt muss der Akku des Fahrzeugs noch rund 70 Prozent Kapazität nachweisen. Die Garantie greift dann, wenn die Kapazitätsgrenze bereits vor den acht Jahren bzw. den 160.000 Kilometern erreicht ist. Der Akku wird dann vom Hersteller repariert oder ersetzt. Die entsprechende Garantieleistung sollten sich E-Auto-Käufer schriftlich geben lassen.
Die Herstellergarantie setzt in der Regel voraus, dass das Fahrzeug regelmäßig gewartet wird. Ein weiterer Garantieausschluss kann die sogenannte Tiefenentladung sein. Damit ist der Zustand gemeint, indem der Akkumulator nahezu vollständig entlädt. Das kann theoretisch passieren, wenn ein E-Auto über einen längeren Zeitraum nicht bewegt wird. Daher sollte immer darauf geachtet werden, dass der Akku-Ladestand nicht unter 20 Prozent fällt.
E-Auto-Akku wechseln lassen?
Lange Ladezeiten sind immer noch ein häufiger Grund, sich gegen ein E-Auto zu entscheiden. Zwar gibt es inzwischen auch einige Schnellladestationen, aber der Ausbau der Ladeinfrastruktur ist immer noch eine zähe Angelegenheit. Um dieser Problematik entgegenzuwirken, greift der chinesische Autohersteller NIO auf eine scheinbar simple Lösung zurück, die nicht unbedingt neu ist und bereits auch aus anderen Bereichen bekannt ist: den Wechsel-Akku.
Ähnlich wie bei einer Kamera oder einem kabellosen Staubsauger kann dann auf einen zweiten, vollgeladenen Akku zurückgegriffen werden, wenn sich der erste Akku entladen hat. In einigen chinesischen Städten gibt es dafür bereits Batterieaustauschstationen (Battery Swap Stations), in denen der Akku über den Unterboden in rund fünf Minuten gewechselt werden kann. Derzeit sind es rund 600 Stationen. Bis 2025 sollen es 3.000 in China plus zusätzliche 1.000 Stationen außerhalb Chinas geben. Auch in Norwegen gibt es bereits eine erste Batterieaustauschstation und in Berlin gibt es bereits erste Pläne für ein Pilotprojekt.
Neben der Verkürzung der Ladezeit würde die Nutzung von Wechsel-Akkus auch wieder dazu führen, dass E-Autos in der Anschaffung günstiger werden. Denn dann würde man den Akku nicht kaufen, sondern ein Abo für den Wechsel abschließen. Andernfalls würde man riskieren, dass man für viel Geld einen neuen Akku gekauft hat und an einer Austauschstation einen Akku erhält, der möglicherweise älter ist und somit nur noch über weniger Kapazität verfügt. Zudem müssten mehr Akkus hergestellt werden als E-Autos vorhanden sind, um einen regelmäßigen Wechsel – im Zweifel aller Fahrzeuge – gewährleisten zu können. Das ist mit Hinblick auf den prognostizierten Rohstoffeinsatz für die Akkus kritisch zu sehen.
Entsorgung der Batterie
Um die Entsorgung eines E-Auto Akkus muss sich der Autobesitzer selbst keine Gedanken machen. Denn das Batteriegesetz (BattG) verpflichtet die Hersteller zur kostenfreier Rücknahme der Akkus (vgl. § 5 BattG), denn diese dürfen keinesfalls über den hausüblichen Müll entsorgt werden. Das Batteriegesetz ist die nationale Umsetzung der EU-Richtlinie 2006/66/EG für Deutschland. Das Gesetz trat bereits 2009 in Kraft und wurde im Jahr 2021 nochmal überarbeitet.
Ein ausrangierter Akku wird zunächst in einer Recyclinganlage begutachtet und geschaut, welche Bestandteile wiederverwertet werden können. Das Batteriegesetz verpflichtet Hersteller dazu, mindestens 50 Prozent des Materialeinsatzes wieder zu verwerten (§ 14 BattG, Abs. 1). Allerdings fällt darunter beispielsweise auch schon das Gehäuse oder Komponenten aus Stahl oder Kunststoff. Interessanter wird es bei der Wiedergewinnung der eingesetzten Rohstoffe. Dazu wird der Akku meist zerkleinert, geschreddert und eingeschmolzen. Aufgrund der unterschiedlichen Schmelztemperatur der enthaltenen Rohstoffe, können Kobalt, Nickel und Co. gut voneinander getrennt werden.
Die Recycling-Verfahren erfordern derzeit jedoch noch einen hohen Energieaufwand und ist sehr teuer, weshalb inzwischen immer mehr auf eine weitere Verwendung der ausrangierten Akkus gesetzt wird. Das Stichwort ist hier: Second Life. Dabei dienen die Akkus meist als stationäre Speicher in der Industrie und kommen beispielsweise als Stromspeicher für Solar- und Windstrom zum Einsatz. Die Akkus können so noch lange Jahre weiterverwendet werden, auch, wenn sich ihr Einsatz für E-Autos nicht mehr eignet.
