Befinden wir uns wirklich in der Ära der „Green Hypocrisy“? Wir bringen Licht in die Schatten der Elektromobilität

Es gibt Verbindungen, die aus gemeinsamen Interessen und Sichtweisen entstehen und die sich, genährt durch gegenseitige Wertschätzung, auf natürliche Weise zu Vertrauensbeziehungen entwickeln. Dies ist der Fall bei unserer Freundschaft mit Silvia Bodoardo, Professorin und Forscherin an der Abteilung für angewandte Wissenschaft und Technologie des Politecnico di Torino.

Ein Beispiel unserer Zusammenarbeit ist Folge 49 unseres Formats Battery Weekly 2023, die sich mit dem Thema Elektromobilität und den kritischen Fragen im Zusammenhang mit deren Verbreitung befasst. Darin kommentieren wir das am 19. November 2023 ausgestrahlte Special „Green Hypocrisy“ der italienischen Untersuchungssendung „Report“, in dem Silvia Bodoardo als Expertin der Batterieindustrie interviewt wurde.

Gerade aufgrund der Beziehung zwischen Flash Battery und Silvia Bodoardo hielten wir es für unsere Pflicht, die in der Episode angesprochenen Themen näher zu beleuchten und unseren Standpunkt als Hersteller, der seit über zwölf Jahren in der Lithium-Batterie-Branche tätig ist, darzustellen.

Elektromobilität: die Bedeutung einer kritischen Analyse zur Identifizierung von Herausforderungen und Chancen

Ziel der Untersuchung zur „Green Hypocrisy“ war es, einige der kritischen Themen im Zusammenhang mit der Welt der Green Economy zu beleuchten und wichtige Fragen darüber aufzuwerfen, was sich hinter den Kulissen des ökologischen Wandels verbirgt, insbesondere im Hinblick auf die zunehmend verbreitete Einführung der Elektromobilität. Im Fokus standen vor allem die Praktiken im Zusammenhang mit der Gewinnung der Rohstoffe, die in den Batterien von Elektrofahrzeugen verwendet werden, und die Umweltauswirkungen, die diese Prozesse auf Land und Menschen haben.

Der Batteriesektor ist in der Tat schon immer sehr umstritten und braucht gerade deshalb einen Standpunkt, der nicht nur dessen Herausforderungen durchleuchtet, sondern auch in der Lage ist, dessen Chancen zu begreifen. Der Bergbau ist sicherlich ein nicht zu unterschätzendes Thema, wenn es um Batterien geht, aber es ist wichtig, dabei nicht in die Falle des Sensationalismus zu tappen.

Probleme ans Licht zu bringen, ist eine große Verantwortung und ein wichtiger Schritt, um ein stärkeres Bewusstsein zu bilden, aber Transparenz und Vollständigkeit der Informationen müssen stets im Mittelpunkt stehen, um der Gemeinschaft echte Vorteile zu bringen.

In allen Kommunikationen muss die aufklärerische Verantwortung jedoch an erster Stelle stehen: Die Analyse wissenschaftlicher Daten und die Meinungen kompetenter Experten sind wesentliche Elemente für eine Wissensvermittlung, die Klarheit und Transparenz fördert, falschen Alarmismus vermeidet und den Fortschritt des gesamten Sektors fördert.

Elektromobilität und kritische Rohstoffe: Wahrheit und Mythen

Es lässt sich sicherlich nicht leugnen, dass der Anstieg der Batterieproduktion eine hohe Nachfrage nach sogenannten kritischen Materialien ausgelöst hat. Diese Behauptung wird durch aktuelle Daten gestützt, die ein signifikantes Wachstum zeigen: Von 2017 bis 2022 hat sich die Gesamtnachfrage nach Lithium verdreifacht, während die Nachfrage nach Kobalt um 70 % und die nach Nickel um 40 % gestiegen ist. Laut des Announced Pledge Scenario der Internationalen Energieagentur wird die Nachfrage nach diesen Materialien bis 2030 voraussichtlich weiter steigen.

Es gibt jedoch einige Aspekte, die unbedingt geklärt werden müssen, um einen vollständigen und vor allem korrekten und zuverlässigen Überblick über die Rolle der Elektromobilität bei den Auswirkungen zu erhalten, die durch die Gewinnung dieser Materialien entstehen.

So werden wir uns Nickel, Kobalt und Titan genauer ansehen, die drei Elemente, auf die das Special „Green Hypocrisy“ sich fokussierte und für die die E-Mobilität als Hauptverursacher des Abbaus und der damit verbundenen Probleme verantwortlich gemacht wird.

Nickel

An erster Stelle ist es wichtig, darauf hinzuweisen, dass derzeit nur ein sehr kleiner Teil des geförderten Nickels für die Herstellung von Batterien für Elektrofahrzeuge verwendet wird. Anhand der von der Internationalen Energieagentur (IEA) in ihrer jüngsten jährlichen Veröffentlichung über den Elektrofahrzeugsektor, dem Global EV Outlook 2023, genannten Daten, lässt sich erkennen, dass im Jahr 2023 nur 10 % des geförderten Nickels für Batterien von Elektrofahrzeugen verwendet wurden.

Wohin geht also das restliche abgebaute Nickel?
Die hauptsächliche Verwendung ist mit über 70 % in der metallurgischen Industrie zu finden, und zwar in der Herstellung von rostfreiem Stahl. Bei diesem weitverbreiteten Material handelt es sich um eine übliche Eisenlegierung, die in einer Vielzahl von Sektoren, von der Lebensmittelindustrie bis zum Bauwesen, verwendet wird. Auch darf nicht vergessen werden, dass viele Gegenstände, die zwar kleiner als ein Elektroauto, aber sehr weit verbreitet sind, wie Smartphones, Tablets und Notebooks, immer noch Nickel enthalten.

Es ist richtig, dass der Nickelabbau in Indonesien bekanntermaßen mit erheblichen ökologischen und sozialen Auswirkungen verbunden ist, dass das Material jedoch in einer Vielzahl von Produktionsbereichen verwendet wird, darf dabei nicht ausgeblendet werden. Anstatt mit dem Finger auf die Batterieindustrie zu zeigen, die nur einen kleinen Teil des gesamten Verbrauchs ausmacht, sollten wir darüber nachdenken, wie wir alle zusammenarbeiten können, um den großflächigen Verbrauch zu begrenzen oder die Auswirkungen des Abbaus zu verringern.

Repräsentative Grafik der Nickelproduktion und -nachfrage nach Sektoren, 2016 – 2022

*[Fig.1]

Titan

Die Untersuchung von Report geht anschließend auf Titan über, genauer gesagt auf Titandioxid. Auch hier ist es wichtig, zu betonen, dass Titandioxid, bekannt als TiO2, derzeit in verschiedenen Industrien verwendet wird, unter anderem für die Herstellung von Farben, Papier, Kosmetika (z. B. für die Herstellung von Sonnencremes und Zahnpasta), Pharmazeutika und Keramik.

In der Automobilindustrie wird TiO2 häufig als Weißpigment in Außenlackierungen verwendet, um das Sonnenlicht zu reflektieren und so die Aufheizung des Innenraums und damit den Energiebedarf der Klimaanlage zu reduzieren. Einige Titandioxid-Beschichtungen sind auch photokatalytisch, beispielsweise können sie die Luftverschmutzung reduzieren, indem sie Schadstoffe wie Stickoxide zersetzen, wenn diese dem Sonnenlicht ausgesetzt werden.

Außerdem kommt Titandioxid in Elektrofahrzeugen für Luftfilter zum Einsatz, die die Luftqualität im Fahrzeuginnenraum verbessern, indem sie Schadstoffe reduzieren.

Es lässt sich also festhalten, dass Titandioxid verschiedene Anwendungen hat, aber nicht direkt am Antrieb eines Elektrofahrzeugs beteiligt ist, sodass seine Verwendung in diesem Bereich noch begrenzt ist.

Kobalt

Werfen wir schließlich noch einen Blick auf Kobalt, ein Metall, das eng mit der Elektromobilität verbunden ist und das, wie in der Fernsehsendung zu Recht betont wird, sehr umweltschädlich ist.

Kobalt kommt im Gegensatz zu vielen anderen Metallen nicht in reinem Zustand, sondern vorwiegend vergesellschaftet in Erzen und Mineralien vor und wird als Nebenprodukt des Kupfer- oder Nickelabbaus gewonnen. In der Industrie wird Kobalt in verschiedenen Bereichen eingesetzt, z. B. als Farbstoff oder Zusatzstoff, aber in Lithium-Batterien spielt es eine besonders wichtige Rolle. Hier wird es aufgrund seiner thermischen Stabilität und hohen Energiedichte verwendet in Form von Kobalthydroxid in der Kathode, d. h. im Minuspol, verwendet.

Repräsentative Graphik zur Kobaltproduktion und nachfrage nach Sektoren, 2016 – 2022

*[Fig.2]

Kobalt hat im Laufe der Zeit aufgrund seiner Abbaubedingungen, die oft unter ethisch fragwürdigen Voraussetzungen stehen, immer mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Insbesondere, da das meiste Kobalt in der Demokratischen Republik Kongo abgebaut wird, einem Land, das von bewaffneten Konflikten und politischer sowie sozialer Instabilität geprägt ist.

In der Tat haben sich die Unternehmen, die Kosten und soziale Risiken bei der Batterieproduktion reduzieren wollen, bereits seit Jahrzehnten der Reduzierung des Kobaltgehalts in ihren Produkten verschrieben. Um dieses Problem anzugehen, haben mehrere Unternehmen der Lithiumbatterie-Industrie Initiativen zur Verbesserung der Abbaubedingungen für Kobalt oder auch zur Entwicklung kobaltfreier Alternativen gestartet.

Dieses Engagement hat von 2019 bis heute zu wichtigen Entwicklungen in der Branche geführt. Nach Angaben der IAE hat in den letzten Jahren eine wesentliche Differenzierung der für die Kathodenproduktion verwendeten Chemikalien stattgefunden. Der Trend bei Produkten aus Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) entwickelt sich bereits seit einiger Zeit immer mehr hin zu Lösungen mit einem stets geringeren Kobaltgehalt.

LFP-Chemie: eine mögliche und praktikable Alternative

Das Special „Green Hypocrisy“ lässt jedoch außer Acht, dass es bereits einige Batterien gibt, die weder Nickel noch Kobalt enthalten: Dies ist der Fall bei LFP-Batterien, d. h. solchen aus Lithium-Eisen-Phosphat, die in den letzten Jahren einen echten Aufschwung erlebt haben.

Nach Angaben der IEA machten NMC-Batterien im Jahr 2022 60 % des Endmarktes aus, gefolgt von Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien (LFP) mit einem Anteil von knapp 30 % – ein Beweis für die immer wichtigere Rolle von LFP-Lösungen auf dem Markt. Aktuelle Schätzungen gehen von einem weiteren Wachstum in den kommenden Jahren aus.

Während NMC-Batterien also tatsächlich den Markt für Elektrofahrzeuge jahrelang dominiert haben, definiert die wachsende Beliebtheit von LFP-Batterien die Landschaft der Batterietechnologien neu.

Was sind aber die Gründe für die so schnelle Verbreitung der LFP-Chemie?

• Der Aufstieg der LFP-Chemie wurzelt sicherlich im Engagement zur Reduzierung der Verwendung kritischer Rohstoffe. Diese Chemie enthält in der Tat kein Nickel, Mangan und Kobalt, was die Sorgen um die Versorgung mit diesen Materialien, deren Lieferketten außerdem geografisch konzentrierter und störanfälliger sind, verringert.
• LFP-Batterien gelten auch als sicherer, da sie aufgrund ihrer höheren thermischen Stabilität weniger anfällig für Phänomene wie Überhitzung und Brände sind, was sie für den Einsatz in Elektrofahrzeugen besonders geeignet macht.
• LFP-Batterien sind im Allgemeinen preiswerter in der Herstellung als NMC-Batterien, hauptsächlich aufgrund der geringeren Menge an Edelmetallen, die in ihrer Zusammensetzung benötigt werden, insbesondere Nickel und Kobalt.
• LFP-Batterien sind bekannt für ihre längere Lebensdauer und ihre Fähigkeit, auch nach einer hohen Anzahl von Lade-/Entladezyklen eine hohe Leistung beizubehalten.

Obwohl ihre Energiedichte tendenziell niedriger ist als die von NMC- und NCA-Batterien, werden LFP-Batterien aufgrund ihrer Vorteile in Bezug auf Sicherheit, Kosten, Haltbarkeit und Umweltverträglichkeit von den Herstellern von Elektrofahrzeugen zunehmend bevorzugt.

In der Tat gibt es zahlreiche Automobilhersteller, die in diese Technologie investiert haben, von China bis Europa. Beispiele dafür sind die Initiativen von VW, Einstiegsmodelle in Europa mit LFP-Batterien zu produzieren, und die Entscheidung von Ford, eine Produktionsstätte für LFP-Batterien in den USA zu bauen.

Europa blickt nach vorn und setzt auf Nachhaltigkeit und Forschung

Sich darauf zu beschränken, die derzeitigen Grenzen der Elektromobilität zu kritisieren, ohne einen objektiven Überblick über die vielen Schritte, die Europa in Richtung einer immer größeren Transparenz und Nachhaltigkeit unternimmt, zu bieten, vermittelt nur ein partielles, unvollständiges Bild des aktuellen Stands der Technik in diesem Sektor.

Das Konzept der europäischen Batterie zielt auf Nachhaltigkeit und Recyclingfähigkeit ab, und es gibt viele Schritte, die unser Kontinent in diese Richtung unternimmt, um eine Produktionskette zu strukturieren, die auf lange Sicht immer weniger Auswirkungen auf die Umwelt hat und eine sicherere und nachhaltigere Versorgungskette gewährleistet. Dieses Engagement spiegelt sich sowohl in Verordnungen wider, die darauf abzielen, Transparenz und Verantwortung entlang der gesamten Produktionskette der Batterien zu fördern, als auch in den Bemühungen, innovative Lösungen für das Recycling von Altbatterien zu entwickeln.

Gesetz zu kritischen Rohstoffen zur Gewährleistung sicherer und nachhaltiger Lieferketten

Auf regulatorischer Ebene hat die Europäische Union Vorschriften erlassen, die sicherstellen sollen, dass die für die Herstellung von Lithiumbatterien verwendeten Materialien auf ethische und nachhaltige Weise gewonnen werden, um so das Risiko von Ausbeutung und Menschenrechtsverletzungen in den Abbaugebieten zu verringern.

Eine Verpflichtung, die 2023 in Form des Critical Raw Materials Act (Gesetz zu kritischen Rohstoffen) konkretisiert wurde. Europa hat diese Vorschriften mit dem Ziel geschaffen, die Versorgungsquellen zu diversifizieren, die Abhängigkeit von Drittländern zu verringern und den sicheren Zugang zu den betroffenen Rohstoffen zu fördern.

Mit diesem Dokument verpflichtet sich die Europäische Union, kritische Materialien, die für die europäische Wirtschaft unverzichtbar sind, zu identifizieren und zu überwachen, die mit deren Verfügbarkeit und Produktion verbundenen Risiken zu bewerten und Maßnahmen zu fördern, die eine nachhaltige Bewirtschaftung der Ressourcen sicherstellen und technologische Innovationen stimulieren sollen, um die Abhängigkeit von kritischen Materialien zu verringern und nachhaltigere Alternativen zu entwickeln.

*[Fig.3]

Ehrgeizige Ziele, die in Form von konkreten Initiativen Gestalt annehmen, wie z. B. in Forschungs- und Entwicklungsprogrammen zur Identifizierung von Alternativen zu kritischen Materialien, internationalen Kooperationsinitiativen zur Sicherstellung einer verantwortungsvollen Beschaffung sowie einer Investitionspolitik zur Förderung der nachhaltigen Produktion und des Recyclings dieser Materialien in Europa im Einklang mit den Zielen der Industrie in Bezug auf Nachhaltigkeit und Verringerung der Umweltauswirkungen.

Recycling: der Weg in die Zukunft

Parallel dazu investiert die Europäische Union in fortschrittliche Batterierecyclingtechnologien, mit dem Ziel, wertvolle Materialien wie Lithium, Kobalt und Nickel zurückzugewinnen und wiederzuverwenden, um so die Abhängigkeit von neuen Rohstoffen zu verringern und die Umweltauswirkungen bei der Gewinnung und Herstellung neuer Batterien zu mindern. Diese Materialien können aus verbrauchten Batterien extrahiert und bei der Herstellung neuer Batterien oder in anderen Industrien wiederverwendet werden, was dazu beiträgt, den Bedarf an neuen Rohstoffen zu senken und die mit ihrer Gewinnung verbundenen Umweltkosten zu minimieren.

Das in Batterien verwendete Lithium löst sich nicht in Luft auf, sobald der Lebenszyklus der Batterie beendet ist: Es verbleibt in der verbrauchten Batterie und kann durch Recyclingverfahren zurückgewonnen werden.

Als Beweis dafür führte der norwegische Batteriehersteller Northvolt bereits im Jahr 2021 Produktionstests mit 100 % recyceltem Material durch, was schließlich zur Herstellung der ersten NMC-Batterie mit vollständig recyceltem Material führte. Dieser erste Versuch, der Teil des Recyclingprogramms „Revolt“ des norwegischen Unternehmens ist, hat gezeigt, dass Zellen aus recyceltem Material eine mit Zellen aus neuem Material vergleichbare Leistung erbringen können.

Im Gegensatz zu Erdöl, das für den Betrieb von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren kontinuierlich gefördert werden muss, wird Lithium nur einmal für die Batterieproduktion gewonnen. Es darf nämlich nicht vergessen werden, dass Lithium, Kobalt, Mangan, Nickel und alle anderen in einem Akkupack enthaltenen Materialien mehrfach recycelt und wiederverwendet werden können. Derzeit gibt es jedoch leider noch einen Mangel an recycelbaren Rohmaterialien, da erst in den letzten Jahren begonnen wurde, größere Mengen an Batterien auf den Markt zu bringen, die eine durchschnittliche Lebensdauer von etwa 15 bis 20 Jahren haben.  Es handelt sich bei diesem fundamentalen Thema dementsprechend um einen Aspekt, der langfristig betrachtet werden muss.

Es handelt sich um ein ähnliches Konzept, wie wir es bereits in der Bleibranche erlebt haben, wo es gelungen ist, aus einem ehemals manuellen Abbauverfahren ein gut etabliertes Recyclingsystem zu machen. Heute wird ein Großteil des verwendeten Bleis durch Recycling gewonnen, aber dieser Wandel hat sich nicht über Nacht vollzogen: Es brauchte Zeit, um die notwendige Infrastruktur und Technologie zu entwickeln.

Forschung und Information im Batteriesektor: die Bedeutung von Synergien

Nach vier Staffeln, 150 aufgezeichneten Episoden und Dutzenden von prominenten italienischen Gästen haben wir durch Battery Weekly mit Sicherheit eines gelernt: Die Innovation in der Batterieindustrie ist rasant und die Forschung ist in ständiger Bewegung.

Die Welt der Batteriechemie entwickelt sich rasend schnell weiter, nicht nur durch die Einführung fortschrittlicherer Technologien, sondern auch durch die Erforschung neuer chemischer Verfahren, die immer vielfältiger werden und das Ziel verfolgen, die Nachhaltigkeit stetig zu erhöhen. Bei der Erforschung und Entwicklung neuer chemischer Verfahren mit dem Ziel der Reduzierung bzw. vollständigen Vermeidung von Materialien, die als kritisch oder schädlich für die Umwelt und die menschliche Gesundheit angesehen werden, konnten bereits erhebliche Fortschritte erzielt werden. Als Beispiel sei hier die Natriumtechnologie genannt, die bereits ihre ersten Schritte in der Welt der Batterien unternimmt und dabei auf wachsendes Interesse stößt.

Um die genannten Herausforderungen zu meistern, sind erhebliche Investitionen in die Erforschung und Entwicklung fortschrittlicher und nachhaltiger Recyclingtechnologien nötig sowie in die Schaffung einer angemessenen Infrastruktur und angemessener Vorschriften zur Unterstützung des Batterie-Recyclings in großem Maßstab. All dies reicht jedoch nicht aus, wenn es nicht durch eine genaue und objektive Kommunikation unterstützt wird, die darauf abzielt, das Bewusstsein zu schärfen und die Öffentlichkeit aktiv in einen offenen und transparenten Dialog einzubeziehen, der aufklärt, anstatt zu verdunkeln und lehrt, anstatt zu verängstigen.