Mercedes-Benz E-Mobilität: Die Lebensdauer von Akkus (Artikel Bild)
  • Das zweite Leben der Lithium-Ionen-Akkus.

  • Das zweite Leben der Lithium-Ionen-Akkus.

    • 17. March 2016
    • E-Mobilität
    • Text: Walther Wuttke
    • Illustration: Florian Sänger

    Erst unterwegs, dann daheim: In Elektrofahrzeugen ausgediente und recycelte Lithium-Ionen-Akkus eignen sich ideal als stationäre Energiespeicher.

    Lithium-Ionen-Akkus sind die ausdauernden Treibsätze der Elektromobilität. Mindestens zehn Jahre bringen sie im Fahrzeug volle Leistung. Doch irgendwann geht jeder Akku auf seine letzte Fahrt und wird ausgemustert. Aber selbst nach dem Finale im Automobil ist die Karriere der Kraftpakete noch nicht beendet. Denn die Akkus mit ihren Rohstoffen sind echte Schatzkammern.

    Bei der Daimler-Tochter ACCUmotive beginnt die zweite Laufbahn eines Akkus bereits deutlich vor seinem ersten aktiven Leben. Schon bei den ersten Entwicklungsschritten spielt neben dem Vermeiden von verbotenen Stoffen wie beispielsweise Blei und Chrom VI die Wiederaufbereitung eine bedeutende Rolle.

    Recycling und Remanufacturing

    Außerdem „achten wir bereits in der sehr frühen Konzeptphase darauf, ob sich bestimmte Materialien in der Vergangenheit als besonders recyclingtauglich bewährt haben,“ erklärt Hartung Wilstermann, Geschäftsführer der ACCUmotive in Nabern, wo die Akkus für die elektrifizierten Mercedes-Modelle entwickelt werden. Dazu gehört auch, dass die Konstruktion so ausgelegt ist, dass sich die Batterie bei Bedarf fachmännisch leicht öffnen lässt und Komponenten problemlos und ohne Risiko ausgetauscht werden können.

    Daimler ACCUmotive: Herr Hartung Wilstermann

    Hartung Wilstermann, Geschäftsführer, ACCUmotive

    Denn neben dem klassischen Recycling am Lebensende einer Batterie, bei dem die wertvollen Stoffe entnommen und für einen neuen Einsatz aufbereitet werden, lassen sich die ausgedienten Energiespeicher nach einer Überprüfung für eine weitere Nutzung einsetzen. Beim sogenannten Remanufacturing wird die Batterie weiter verwendet, nachdem defekte Teile gegen neue ausgetauscht wurden.

    Kosten reduziert, Umwelt geschont

    „Da ist es natürlich wichtig, dass der Akku von vornherein so konstruiert ist, dass die Komponenten leicht austauschbar sind“, erklärt Wilstermann. Schließlich entsteht unnötiger und vor allem kostspieliger Abfall, wenn eine Batterie nicht reparierbar ist, weil beispielsweise ein Element nicht austauschbar ist. „Das lässt sich vermeiden, wenn man das Remanufacturing von Anfang an bei der Entwicklung berücksichtigt.“

    So werden Kosten für die Kunden reduziert und gleichzeitig die Umwelt geschont. Bei Entwicklung, Produktion und Recycling der Akkus nutzt die ACCUmotive ihre langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der Lithium-Ionen-Speicher. „Wir sind weltweit der Batteriehersteller mit der längsten Erfahrung in diesem Bereich. Das erste Auto mit Lithium-Ionen-Speicher war im Jahr 2009 der Mercedes-Benz S400“, erklärt Wilstermann. „Heute sind wir bereits bei der vierten Generation der Entwicklung angekommen.“

    „ Weltweit der Batteriehersteller mit der längsten Erfahrung “

    Hartung Wilstermann, Geschäftsführer, ACCUmotive

    Nickel, Kobalt, Kupfer

    Am Ende ihrer Einsatzzeit sind die Batterien eine Fundgrube für die Weiterverwertung. „Vor allem Nickel, Kobalt und Kupfer werden als Salze aus dem Akku geholt“, beschreibt die Chemikerin Barbara Seling die wertvollen Stoffe. Diese Metallsalze werden zum Beispiel in der Galvanik eingesetzt. Die zusätzlich entstandene Schlacke, die beim Einschmelzen der Batterie entsteht, kommt beim Straßenbau zum Einsatz – also eine echte Kreislaufwirtschaft. Der Kunststoff schließlich wird energetisch genutzt. Am Ende erreicht das Batterierecycling eine Wiederverwertungsquote von 70 bis 80 Prozent. „Das lässt sich wahrscheinlich noch steigern, doch schon heute liegen wir damit deutlich über der gesetzlichen Vorschrift von 50 Prozent“, erklärt Wilstermann.

     

    Verklebt, verschraubt, verschweißt

    Zerlegt werden die Batterien in spezialisierten Fachbetrieben von geschulten Elektrofachleuten. Die ACCUmotive stellt dabei jedem Recyclingunternehmen eine Zerlegeanleitung für den jeweiligen Batterietyp zur Verfügung. Denn die Unterschiede beginnen schon beim Öffnen der Batterien. „Die Akkus sind entweder verklebt, verschraubt oder verschweißt, und außerdem muss man genau wissen, wo sich die gefährlichen Hochvoltbereiche befinden. Auch darin unterscheiden sich die Batterien der verschiedenen Hersteller“, beschreibt Wilstermann die Anforderungen an die entsprechenden Betriebe, die sich an diese komplexen Energiespeicher wagen.

    Daimler ACCUmotive: Frau Barbara Seling

    Barbara Seling, Leiterin Materiallabor, ACCUmotive

    Bei Mercedes-Benz gehört die Batterie zum Gesamtkonzept des Fahrzeugs und muss darum von Modell zu Modell unterschiedlich ausgelegt werden. Angesichts der variierenden Bauräume und der unterschiedlichen Anforderungen an die Energiespeicher ist eine vollständige Vereinheitlichung der Batterien, die das Zerlegen noch weiter vereinfachen würde, nicht möglich.

    Batterierecycling ist im wahrsten Wortsinn eine hochspannende Angelegenheit, schließlich arbeiten die Experten im Hochvoltbereich, sodass hier für eine höchstmögliche Sicherheit gesorgt werden muss. Ein Fehlgriff kann fatale Folgen haben. „Während der gut dreijährigen Entwicklungsphase einer neuen Batterie, wenn Prototypen aufgebaut und wieder demontiert werden, steht deshalb der Schutz der Entwickler und Werker an erster Stelle“, erklärt Wilstermann. Das gilt auch für die Weiterverarbeitung, nachdem die aktive Laufbahn im Automobil abgeschlossen ist.

    Wiederverwertungsquote bis zu 80%

    Second-Use: Aktiver Ruhestand für ausgediente Akkus

    Aus Fahrzeugen entnommene und recycelte Lithium-Ionen-Akkus eignen sich ideal für stationäre Energiespeicher.

    Zehn Jahre volle Leistung

    Lithium-Ionen-Akkus sind zäh. Die von der Daimler-Tochter ACCUmotive in Nabern entwickelten und in Kamenz produzierten Energiespeicher bringen mindestens zehn Jahre lang im Fahrzeug ihre volle Leistung. Dabei verringert sich die Kapazität der Akkus im Durchschnitt auf rund 80 Prozent, sodass sie ausgetauscht werden. Doch angesichts der vorhandenen Leistungswerte stehen die Energiespeicher vor einer zweiten Karriere, und je mehr derartige „ausgediente Akkus“ auf den Markt kommen, desto stärker werden sie die Energiebilanz beeinflussen.

    Ideal für stationäre Speicher

    Statt in Automobilen Energie für den Antrieb bereitzustellen, werden diese Akkus „in einem stationären Speicher arbeiten, wo die Bedingungen für die Batterien geradezu ideal sind“, beschreibt ACCUmotive-Geschäftsführer Hartung Wilstermann die zweite Karriere der früher mobilen Akkus. Im Gegensatz zu einem stationären Speicher in einem Keller mit gleichbleibenden Temperaturen und ohne störende Vibrationen müssen die Akkus im Fahrzeug in einer wesentlich unangenehmeren Atmosphäre arbeiten.

    Fahrzeugbatterien am besten geeignet

    Voraussetzung ist allerdings, dass die Energiespeicher nach ihrer mobilen Karriere noch vollständig intakt sind. Deshalb werden die Akkus erst nach einer genauen Untersuchung in ihre zweite Karriere überführt. Zudem eignet sich nicht jeder Batterietyp für eine zweite Karriere als stationärer Speicher. „Eine auf Leistung getrimmte Hybridbatterie zum Beispiel eignet sich weniger für die zweite Laufbahn als stationärer Speicher. Am besten sind die Batterien aus den reinen EV-Fahrzeugen geeignet“, erläutert Wilstermann.

    Speicher mit 30 Megawattstunden möglich

    Daimler gehört auf dem Gebiet der Stationärspeicher zu den Pionieren. Demnächst wird in Lünen der weltweit größte Second-Use-Speicher mit einer Leistung von 13 Megawattstunden ans Netz gehen. In dem Speicher arbeiten ehemalige ACCUmotive-Akkus, mit denen die Energieschwankungen im Netz nahezu verlustfrei ausgeglichen werden können. Die Einsatzmöglichkeiten der stationären Speicher reichen von der privaten Photovoltaik-Anlage im Keller des Eigenheims bis zu Mega-Speichern mit 30 Megawattstunden, mit denen man bei Bedarf ganze Kraftwerke ersetzen kann.

    Signifikantes Wachstumspotential

    Zudem lassen sich mit diesen Speichern auch in der Dritten Welt kostspielige, wartungsintensive und umweltbelastende Dieselaggregate in den Ruhestand schicken. Nach einer Studie des Verbands der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (VDE) besitzt der Second Use von Lithium-Ionen-Akkus „ein signifikantes wirtschaftliches und ökologisches Potenzial, wenn der Markt für Elektromobilität und Batteriespeicher wie vorgesehen wächst.“ Und bis zum Jahr 2030, so die Berechnungen der Initiative Schaufenster Elektromobilität, kommt eine Kapazität von „insgesamt 20 Gigawattstunden auf den Energiemarkt.“

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