E I N E P U B L I K AT I O N VO N S M A RT M E D I A
6 ERNEUERBARE ENERGIEN
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E-Auto-Batterien: Second Life vs. Recycling
Wo sich die Schweizer Stromwirtschaft persönlich begegnet
Der Treffpunkt der Schweizer Stromwirtschaft findet vom 17. bis 19. Mai 2022 in der Messe Zürich statt und steht ganz im Zeichen lang ersehnter persönlicher Begegnungen und des Austausches. Die Powertage vernetzt Industrie und Fachpublikum, bietet einen Branchenüberblick, neueste Trends sowie einen Informationstransfer zu aktuellen und wichtigen Themen. Mit rund 150 Ausstellern, einem topaktuellen Forumsprogramm, dem Speakers Corner sowie dem xplor Startup Village bringt die wichtige Fachveranstaltung dieses Jahr endlich wieder die nationale Stromwirtschaft in der Messe Zürich live zusammen. Versorgungssicherheit als zentrales Thema auf dem Forum Die Versorgungssicherheit beschäftigt Politik, Gesellschaft und die Branche stark und bestimmt aktuell die verschiedenen Agenden. Die Schweiz muss sich jetzt intensiv mit diesem Thema auseinandersetzen, unter anderem weil das Stromabkommen mit der EU nicht in absehbarer Frist zustande kommen wird. Expertinnen und Experten beschäftigen sich momentan damit, welche Technologien verstärkt eingesetzt oder im Ausbau beschleunigt werden müssen. Weitere zentrale Fragen sind, ob eine grössere Reservehaltung bei der Wasserkraft nötig ist und wie Gaskraftwerke kritische Versorgungssituationen abfedern können, bis ausreichend einheimische Energie aus Wasserkraft, Fotovoltaik und Wind produziert werden kann. Werden gar neue Umwandlungs- und Speichertechnologien wie Powerto-Gas und digitale Lösungen wie intelligentes Lastmanagement breit ausgerollt und alle Elemente optimal verbinden? Antworten und Lösungsansätze werden an den diesjährigen Powertagen im Forum diskutiert. Mehr Informationen und Tickets: www.powertage.ch
Was passiert mit ausgedienten E-Auto-Batterien? «Fokus» fragte bei Jodok Reinhardt nach, CEO einer Recyclingfirma von Lithium-Ionen-Batterien.
Jodok Reinhardt
Herr Reinhardt, ab welchem Zeitpunkt gilt eine E-AutoBatterie als ausgedient? Diese gelten als ausgedient, sobald deren Kapazität auf rund 70 bis 80 Prozent abgesunken ist. Welche Gründe sprechen dafür, die Lebensdauer von E-AutoBatterien möglichst zu verlängern? Die führende Technologie für E-AutoBatterien basiert hauptsächlich auf den Elementen Nickel, Lithium, Mangan, Kobalt und Grafit, deren Gewinnung mit enormen negativen Umwelteinwirkungen verbunden ist. Man benötigt riesige Flächen, beschädigt die Erdkruste in grossem Stil und verbraucht vor allem bei der Gewinnung von Lithium sehr viel Wasser. Zudem wird auf dramatische Weise in die sozioökonomische Struktur an den betroffenen Standorten eingegriffen. Der Abbau von Kobalt findet zu einem grossen Teil im Kongo statt, wo die Arbeitsbedingungen kaum kontrolliert werden können. Es kommt zu Kinderarbeit und Arbeitsunfällen. Da die Herstellung von LithiumIonen-Batterien sehr viel Energie benötigt, ist es nachhaltig und ökonomisch, die Produkte so lange wie möglich im Einsatz zu behalten und die wertvollen Inhaltsstoffe anschliessend wiederzuverwenden. Welche Faktoren entscheiden darüber, ob E-Auto-Batterien ein zweites Leben ermöglicht wird oder ob diese recycelt werden? Hier sind primär technische Kriterien relevant. Spezialisierte Firmen nehmen eine elektrochemische Analyse der ausgedienten Batterie vor. Dabei wird zum einen die «State-of-Health» ermittelt, also ob die Zelle performant ist und sicher
eingesetzt werden kann. Zum anderen wird die «State-of-Charge» bestimmt, genauer die Kapazität, die noch erreicht werden kann. Daraufhin wird entschieden, ob es sich lohnt, eine solche Zelle nochmals zehn oder zwanzig Jahre länger zu nutzen oder ob diese rezykliert werden soll. Welche Methoden gibt es, um ausgediente E-Auto-Batterien für ein zweites Leben fit zu machen? Es gibt verschiedene Ansätze, die kontinuierlich weiterentwickelt werden. Einige Unternehmen setzen die Batterien direkt nach der Analyse als ganzes System wieder ein. Eine weitere Methode ist, auf die Zellebene herunterzugehen. Dabei werden die Zellen exakt ausgemessen und in ein neues Gehäuse eingebaut. So entstehen wieder neue Batterien. Wofür können diese Second-LifeBatterien verwendet werden? Für diese gibt es zahlreiche Einsatzmöglichkeiten. Beispielsweise finden solche Batterien Anwendung im Light-Mobility-Bereich, also in leichteren Fortbewegungsmitteln wie Kommunalfahrzeugen, Rollstühlen, Gabelstaplern oder Golfkarren. Eine weitere Option sind stationäre Anwendungen. So wurden Second-Life-Batterien etwa in der Amsterdam Arena installiert, um die Notstromversorgung sicherzustellen. Im grösseren Stil werden solche in sogenannten Batteriefarmen eingesetzt, um erhebliche Mengen an Energie zu speichern, die später bei Bedarf zur Unterstützung hoher Netzlasten dient. Weiter können Hauseigentümer:innen Second-Life-Batterien zur Speicherung erneuerbarer Energie einsetzen oder eine Powerwall installieren, um das E-Auto in der eigenen Garage aufzuladen. Was passiert mit den ausgedienten Batterien nach ihrem zweiten Leben? Irgendwann ist die Kapazität infolge chemischer Alterungsprozesse auf unter 50 Prozent gesunken. Da es inzwischen hocheffiziente Recyclingtechnologien gibt, die
das nahezu vollständige Recycling der Batterien ermöglichen, ist es aus ökonomischer und ökologischer Sicht nicht mehr sinnvoll, das Produkt weiter einzusetzen. Welche Methoden gibt es für das Recycling von E-Auto-Batterien? Ursprünglich wurden die Batterien bei mehreren tausend Grad eingeschmolzen – ein sehr energieintensiver Prozess mit nur geringen Rückgewinnungsraten. Als Nächstes kam die Pyrolyse, wobei die Batterien in Drehrohröfen bei circa 1000 °C verbrannt werden. Seit einem Jahrzehnt wird intensiv an kalten Recyclingverfahren geforscht. Statt Wärmeenergie zu verwenden, werden die Batterien mechanisch in einzelne Elemente zerlegt. Dabei kann eine Rückgewinnungsrate von über 90 Prozent aller Komponenten erreicht werden. Die zurückgeführten Materialien gehen anschliessend vollständig in die Fertigung neuer Batterien ein – Stichwort «Closed Loop». Inwiefern ist das kalte Recyclingverfahren gegenüber den anderen weniger gefährlich? Da nichts eingeschmolzen respektive verbrannt wird und die Batterien vor der Zersetzung tiefentladen werden, ist der Prozess viel besser kontrollierbar und somit sicherer. Bei den warmen Verfahren fehlt dieser Schritt, wodurch der Elektrolyt Feuer fangen kann und im Prozess giftige Abgase, Dämpfe sowie Stäube entstehen können. Wie kann die Effizienz des Recyclingprozesses erhöht werden? Das Recycling der Lithium-IonenAntriebsbatterien ist technisch gelöst und wird aktuell an vielen Orten in Europa industriell umgesetzt. Mit modernen Verfahren können alle relevanten Stoffe beinahe vollständig zurückgewonnen und wieder der Produktion neuer Batterien zugeführt werden. Dabei wird beispielsweise durch den Wiedereinsatz der durch
die Tiefentladung rückgewonnener Energie der CO₂Fussabdruck vermindert. Ferner wird der Elektrolyt immer effizienter und vollständiger getrocknet. Es gilt, maximale Trocknung mit minimalem Energieeinsatz zu erreichen. Zusätzlich können die Wertstoffe Aluminium und Kupfer durch bessere Entschichtung der Elektroden rückgewonnen und rezykliert werden. Auch die Wiedergewinnung des Grafits und des Leitsalzes sind in Vorbereitung und stehen kurz vor der industriellen Umsetzung. Welche künftigen Entwicklungen sehen Sie im Bereich Recycling und zweites Leben von E-AutoBatterien in der Schweiz? Sowohl die Konsumierenden als auch alle anderen Stakeholder sind sehr an einem sicheren Prozess mit hoher ökologischer, energetischer und stofflicher Effizienz sowie der Vermeidung von Emissionen und Deponien interessiert. In diesem Zusammenhang ist zudem der Transport zu erwähnen, der nicht nur einen grossen Kostenfaktor darstellt, sondern auch mit gewissen Risiken verbunden ist, da die zu befördernden Batterien noch nicht tiefentladen sind. Dieses Risiko sollte minimiert werden, indem die Batterien möglichst lokal recycelt werden, statt sie über lange Distanzen zu transportieren. Wie es konkret weitergeht, hängt jedoch von der Batterietechnologie selbst ab. Diese hat sich in den letzten Jahren verändert und es wird weiterhin intensiv geforscht. Bis 2030 soll die neue E-AutoBatterietechnologie auf Basis von Feststoffelektrolyten die derzeitige ablösen. Die Recyclingbranche hat aber auch diese Herausforderung technisch schon fast gemeistert und hat noch genug Zeit, ihre Prozesse zu optimieren, bis die ersten derartigen Batterien ins Recycling gelangen. Interview Akvile Arlauskaite
BRANDREPORT • SUN2WHEEL AG
Elektroautos als Stromspeicher für Gebäude und Areale Die Elektrifizierung der Mobilität ist in vollem Gang, und auch der Stromsektor befindet sich im Umbruch: Das Schweizer Jungunternehmen sun2wheel sieht in diesem Wandel sowohl Herausforderungen als auch Chancen.
D
er Anteil elektrischer Fahrzeuge nimmt rasant zu – genauso wie der Anteil von Strom aus erneuerbaren Ressourcen. Die Firma sun2wheel kombiniert die Chancen beider Entwicklungen und macht Batterien von Elektrofahrzeugen als Energiespeicher nutzbar: «Die Herausforderungen sind vielschichtig», erklärt Dominik Müller, zuständig für Marktentwicklung und Kommunikation. «Der enorme Zuwachs bei den Elektrofahrzeugen erfordert einen ebenso raschen Ausbau der Ladeinfrastruktur. Mit der Zwischenspeicherung von Strom in den Fahrzeugbatterien können die Auswirkungen auf die Elektrizitätsversorgung zu einem grossen Teil aufgefangen werden.» Auch Elektrofahrzeuge sind über mehr als 90 Prozent der Zeit abgestellt. Die riesigen Akkus dieser Fahrzeuge haben eine weitaus grössere Speicherkapazität als normalerweise für die tägliche Mobilität benötigt wird. sun2wheel möchte dieses enorme Potenzial nutzbar machen und hat deshalb eine neue Ladestation entwickelt, mit der man Elektroautos nicht nur laden, sondern auch wieder entladen kann. «Mit der bidirektionalen Ladetechnik wird die überschüssige Batteriekapazität der Elektroautos erstmals als Stromspeicher für Gebäude nutzbar. Damit lässt sich
z.B. der Anteil des Eigenverbrauchs der Fotovoltaikanlage im Gebäude deutlich steigern», führt Müller aus. Die neu entwickelte Software von sun2wheel optimiert dabei alle Energieflüsse zwischen Fahrzeug, Solaranlage, Batteriespeicher, Gebäude und
öffentlichem Netz – gesteuert über eine App. Diese intelligente Integration ist weltweit eine Premiere. Das Ladesystem von sun2wheel lässt sich mit SecondUse-Batteriespeichern aus ausrangierten Elektroautos
ergänzen. Diese gebrauchten Elektrofahrzeug-Batterien eignen sich ideal als lokale Stromspeicher in grösseren Gebäuden und stellen eine ökologische Alternative zu herkömmlichen Speicherlösungen dar. sun2wheel ist davon überzeugt, dass die fossilen Energieträger in Zukunft grösstenteils durch elektrischen Strom ersetzt werden. «Wir müssen erneuerbare Energie speichern und Lastspitzen im Elektrizitätsnetz abbauen können und haben dazu ein zukunftsfähiges System einer Ladeinfrastruktur mit hoher Intelligenz entwickelt, um dies zu ermöglichen», bemerkt Müller abschliessend. «Das Potenzial ist wie gesagt enorm: Der für 2030 prognostizierte Bestand von etwa zwei Millionen Elektrofahrzeugen in der Schweiz könnte theoretisch mit unseren Ladesystemen die elektrische Leistung von 20 AKWs bereitstellen und mit seiner Speicherkapazität die ganze Schweiz eine Woche lang mit Strom versorgen.» An der Swissbau vom 3. Bis 6 Mai 2022 in Basel ist sun2wheel im Rahmen des Swissbau Innovation Labs als auch im Aussenbereich mit einem Demo-Stand vertreten. Mehr Informationen: sun2wheel.com