Im ersten Teil unseres Akku-Reports haben wir herausgefunden, dass Lithium-Ionen-Akkus gut genug, aber in mehrfacher Hinsicht nicht unproblematisch sind.
Forschungsteams auf der ganzen Welt versuchen, Batterien mit höherer Energiedichte zu bauen, ohne Kompromisse bei der Sicherheit einzugehen. Prognosen zufolge wird man an Lithium in den nächsten ein bis zwei Jahrzehnten jedoch nicht vorbeikommen.
Kleiner Exkurs I: Wer jetzt vielleicht Parallelen zum Boom der Computerindustrie in den letzten dreißig, vierzig Jahren ziehen könnte, und das Moores Gesetz meint, dass „die Komplexität integrierter Schaltkreise sich bei minimalen Komponentenkosten regelmäßig verdoppelt; Der genannte Zeitraum liegt je nach Quelle bei 12 bis 24 Monaten.“ Diese langen Zeiträume für bessere Batterien dürfte man für etwa so realistisch halten wie die Einschätzung von IBM-Vorstandsmitglied Thomas Watson aus dem Jahr 1943, wonach „ein Bedarf an vielleicht fünf Computern auf der Welt wird geben.“
Doch anders als damals haben wir es nicht mit einer unbekannten Technologie zu tun, sondern mit chemischen Elementen, deren Eigenschaften wohlbekannt sind. Es wird also keine Technologierevolution geben, sondern eine schrittweise Optimierung von Energiedichte, Effizienz und Gewicht, um den Anforderungen tragbarer Geräte und der E-Mobilität gerecht zu werden.
Zurück zu Lithium.
Warum überhaupt Lithium?
Lithium ist das leichteste Metall im Periodensystem der Elemente und das erste Element, das bei Raumtemperatur nicht gasförmig ist, wie beispielsweise Wasserstoff und Helium. Das Lithium liegt in den Batterien nicht in Form von Metall vor, sondern als Elektrolyt, also gelöst in einem Träger, der ein Gel oder ein Schwamm sein kann.
Alternativen zum Lithium-Ionen-Akku
Wiederbefüllbare Redox-Flow-Batterien, Festkörperbatterien mit angeblich 100.000 Ladezyklen oder auch umweltfreundliche Zuckerbatterien mit gigantischem Energiespeicher – die Zukunft der Batterien klingt manchmal sehr nach kreativen Energiegewinnungsversuchen einiger Warlords in einem dystopischen Mad-Max-Universum. Allen gemeinsam ist, dass sie, so brillant sie auch klingen mögen, ohne Langzeittests, und wir reden hier von mindestens einem Jahrzehnt, mittelfristig keine dieser Technologien marktfähig sein wird.
Lithium-Schwefel-Technologie
Aufgrund ihrer höheren Energiedichte und geringeren Materialkosten ist die Lithium-Schwefel-Technologie derzeit die vielversprechendste. Es ersetzt Nickel und/oder Kobalt am Minuspol durch kostengünstigen, leicht verfügbaren Schwefel (ein Nebenprodukt der Erdölindustrie). Dadurch könnten die Reichweiten um das bis zu Vierfache erhöht werden. Bis zur Marktreife dürfte es allerdings noch zehn bis 15 Jahre dauern.
Das Washington Naval Research Laboratory arbeitet derzeit an einem Nickel-Zink-Akku recherchiert.
Auswirkungen des Wettbewerbs um die beste Batterietechnologie auf die Elektrofahrradindustrie
Kleiner Exkurs II: Kaum eine Branche ist so globalisiert wie die Elektrofahrradbranche.
Einerseits bleiben wir den bekannten Marken treu, die bereits auf dem Markt waren, als wir das Fahrradfahren lernten. Und es entstehen ständig lokale Start-ups (Beispiele liefern unsere News fast jede Woche). Dies deutet auf eine starke nationale Industrie hin. Andererseits kommen nicht nur die Komponenten aus Asien, und der europäische Markt ist mit so vielen asiatischen Pedelecs überschwemmt, dass die Der Verband europäischer Fahrradhersteller hat bereits eine Beschwerde bei der EU gegen Chinas E-Bike-Dumping eingereicht.
Zurück zu den Batterien.
Die chemischen Mischungen in Batterien werden größtenteils in Asien hergestellt, wobei Japan und Korea die Hauptlieferanten nackter Batteriezellen sind. Diese wiederum können je nach gewünschtem Zweck in jede beliebige Form gepresst werden. Was Asien bei der Produktion den Europäern voraus ist, machen Europa und die USA bei der Verpackung wett.
Verpackung – der Wirbelsturm in der Batterie
Unter Verpackung versteht man die Zusammenschaltung vieler kleiner Batteriezellen zu einem großen Batteriepaket inklusive Managementsystemen und Kühlsystemen. Hier wird deutschen Lieferanten gutes Know-how attestiert.
Pleitewelle in der Batteriebranche?
Ob dies ausreicht, um eine Insolvenzwelle wie in den letzten Jahren in der Photovoltaikbranche abzuwenden, wird kontrovers diskutiert. Weil der Batteriemarkt in Schwierigkeiten steckt, stagnieren die Umsätze und es gibt Überkapazitäten. Schon heute werden Preise ausgehandelt, die erst in einigen Jahren für kleine Unternehmen profitabel sein werden.
Nachhaltigkeit von Batterien
Abschließend noch ein paar Worte zum zweiten, großen Problem der Lithium-Ionen-Batterien: ihrer Nachhaltigkeit, die aufgrund ihrer begrenzten Lebensdauer nicht gut ist.
E-Bike-Akkus sollen „bis zu 500 Ladezyklen“ durchhalten. 300 ist wahrscheinlich realistischer, denn für die 500 müsste man das Be- und Entladen unter Laborbedingungen durchführen. Ein Pendler, der von der Arbeit nach Hause fährt, kann innerhalb eines Jahres problemlos 300 Zyklen zurücklegen. Und dann?
Andreas Oehler vom ADFC-Fachausschuss erklärt: „Wenn man optimistisch davon ausgeht, dass man die 240 Wh eines BionX-Akkupacks 500 Mal voll ausnutzen kann, jedes Mal 50 km zurücklegt und den nötigen Ersatz günstig für 600 Euro bekommt, dann kostet eine Kilowattstunde unangenehme 5 Euro.“ Allein für die Anschaffungskosten des Akkupacks werden 2,40 Euro pro 100 km berechnet.“ Das würde bedeuten, dass ein E-Bike „pro Strecke genauso teuer ist wie ein Kleinwagen“.
Wer jetzt über den geringen CO2-Fußabdruck von E-Bikes argumentiert, vergisst, dass „bei der Produktion in Fernost günstiger Strom aus Kohlekraftwerken mit besonders hohem CO2-Ausstoß zum Einsatz kommt.“
Lithium-Ionen-Akkus werden nach ihrem Tod als gefährlicher Abfall eingestuft. Und irgendwann wird das Lithium ausgehen. Dann werden wir die gleiche Krise haben wie bei den fossilen Brennstoffen. Es bleibt also spannend.
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