Elektrisch betriebene Fahrzeuge fahren lokal emissionsfrei, können bei Einsatz erneuerbarer Energie vergleichsweise klimafreundlich betrieben werden und stellen somit eine wesentliche Säule des zukünftigen Gesamtverkehrssystems dar. Dem gegenüber steht ein höherer Rohstoffeinsatz für die Herstellung des Fahrzeugs, wobei ein Großteil dieser zusätzlichen Rohstoffe bzw. Rohstoffmengen in der Antriebs- oder „Traktionsbatterie“ des Elektrofahrzeugs verbaut wird.
Viele dieser Rohstoffe sind aufgrund ihrer reduzierten Verfügbarkeit, ihrer gegenwärtigen Fördermenge, des prognostizierten Bedarfs oder der sozialen oder ökologischen Implikationen in Verbindung mit der Rohstoffgewinnung als kritisch einzustufen. Zudem ist die Gewinnung und Veredelung dieser Rohstoffe sowie deren Verarbeitung zu Batteriezellen mit vergleichsweise hohem Energieeinsatz verbunden und verursacht somit im Vergleich zu konventionell angetriebenen Fahrzeugen höhere Emissionen aus der Fahrzeugherstellung.
Um die Elektromobilität als nachhaltig energieeffiziente, ökologische und sozialverträgliche Technologie zu etablieren, gilt es, den Einsatz insbesondere von Primärrohstoffen zu reduzieren. Dies kann erfolgen, indem diese Primärrohstoffe über einen möglichst langen Zeitraum genutzt und anschließend als Sekundärrohstoffe wiederverwendet werden, sie also nach ihrer Nutzung im Fahrzeug einem weiteren Leben („Second Life“) zugeführt und anschließend recycelt werden.
In der aktuellen Generation von Elektrofahrzeugen kommen fast ausschließlich Lithium-Ionen-Akkumulatoren zum Einsatz. Mittelfristig ist hier auch keine Änderung zu erwarten. Jede Batteriezelle besteht aus einer Kathode und einer Anode, einem Elektrolyten, dem Separator und dem umgebenden Zellgehäuse gemeinsam mit dem Batteriemanagementsystem. Batterien können sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung mit variablen Anteilen einzelner metallischer und halbmetallischer Rohstoffe unterscheiden. Aber auch innerhalb derselben Akkumulatortypen werden unterschiedliche Anteile ausgesuchter Rohstoffe verbaut: Bei Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) Akkumulatoren reicht dies je nach Klassifizierung von annähernd gleich großen Anteilen dieser Rohstoffe bis zu Versionen, bei welchen der Anteil von Nickel rund achtmal höher ist als die Anteile von Mangan und Kobalt. Dadurch kann der Einsatz besonders kritischer Rohstoffe reduziert werden.
Die Lebensdauer eines Akkumulators hängt von der Zykluslebensdauer und von der kalendarischen Lebensdauer ab. Die Zykluslebensdauer beschreibt die Anzahl der möglichen Ladezyklen einer Zelle bzw. des gesamten Systems. Die vollständige Entladung und anschließende Ladung wird als ein Zyklus bezeichnet. Die kalendarische Lebensdauer bildet den reinen Alterungsprozess des LithiumIonen Akkumulators ab, der sich unter anderem durch chemische Zersetzungsprozesse in der Batterie ergibt. Die kalendarische Lebensdauer wird dabei auch von externen Faktoren wie beispielsweise der Außentemperatur determiniert. Die tatsächliche Alterung der Batterie ergibt sich als Summe dieser beiden Alterungseffekte und kann demnach nicht pauschal quantifiziert werden. Die Anwendung im mobilen Bereich ist in der Regel aber bis zu einer Restkapazität der Batterie (engl.: State of Health, kurz: SOH) von 80 % möglich, da darunter die hohen Anforderungen, zum Beispiel bei einer Beschleunigung, nicht mehr erfüllt werden können.
Die Nachnutzung von Lithium-Ionen-Akkumulatoren hat zunächst den Vorteil, dass dadurch der Ressourceneinsatz sowie die hohen Herstellungskosten auf eine weitere Nutzung aufgeteilt werden können. Dabei kommen die unterschiedlichsten Einsatzzwecke, vom IT-Bereich über Fahrzeuge mit vergleichsweise niedrigen Leistungsanforderungen (z. B. Fähren) bis hin zu stationären Speichersystemen im Gebäudebereich, in Frage. Je nach Anforderungsprofil der Nachnutzung sind unterschiedliche Kapazitäten bzw. Ladeströme erforderlich. Durch eine Bestimmung dieser Parameter kann der optimale Anwendungsfall für die Nachnutzung gefunden werden.
Die Frage, ob eine Nachnutzung aus energetischer und ökologischer Sicht einem Recycling vorzuziehen ist, ist differenziert zu betrachten. Eine sinnvolle Weiternutzung schont den Einsatz von alternativ benötigten Primärressourcen: Hinsichtlich der Materialeffizienz, also der Menge an erforderlichen Rohstoffen bzw. Materialien je Kilowattstunde Batteriekapazität, sind nach der Erstnutzung (bspw. nach 15 Jahren) und der Zweit- und Drittnutzung (bspw. nach 30 Jahren) jedoch große Entwicklungen zu erwarten. So kann es sein, dass die Rohstoffe in neueren Anwendungen deutlich effizienter eingesetzt werden und dies in der Gesamtbewertung vorteilhaft ist.
Unabhängig davon, zu welchem Zeitpunkt Rohstoffe wiederverwendet werden, ist das Recycling an sich ein zentraler Baustein für die Etablierung der Elektromobilität als nachhaltige Antriebstechnologie. Aus technologischer Sicht können bis zu 99 % der Rohstoffe und Bestandteile eines Lithium-Ionen Akkumulators recycelt werden. Die dazu notwendigen Verfahren sind entwickelt und werden bereits angewendet. Die Rohstoffe lassen sich dadurch in so hoher Qualität wiedergewinnen, dass daraus hergestellte neue Lithium-Ionen-Batterien die gleichen Eigenschaften aufweisen wie jene aus Primärrohstoffen.
Damit in der Praxis zukünftig auch nennenswerte Mengen an Rohstoffen in Batterien wiederverwendet werden, wird die relevante europäische Gesetzgebung derzeit überarbeitet. Aufbauend auf der geltenden Europäischen Richtlinie 2006/66/EG und der nationalen Batterienverordnung wird gegenwärtig eine neue Verordnung des Europäischen Parlaments und des Rates über Batterien und Altbatterien, zur Aufhebung der Richtlinie 2006/66/EG und zur Änderung der Verordnung (EU) 2019/1020 finalisiert. Mit dieser Verordnung wird unter anderem die Kategorie der Traktionsbatterien für elektrische Straßenfahrzeuge eingeführt, die Berechnung und Ausweisung eines CO2-Fußabdruck vorgeschrieben und es werden verpflichtende Sammel- und Recyclingquoten festgelegt. Die Verordnung wird nach Fertigstellung unmittelbar in Kraft treten und muss nicht erst in nationales Recht umgewandelt werden. Es ist davon auszugehen, dass sie einen wichtigen Impuls für den Hochlauf der Recyclingaktivitäten in Europa darstellen wird.
Nachnutzung und Recycling von Batterien für die Elektromobilität [PDF, 1,20MB]