Ökobilanz von Li-Ion-Akkus – Umweltfreundlicher als erwartet

titelbild_elektroauto_batterieBatterie betriebene Elektrofahrzeuge dürften für die Mobilität der Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Bisher war jedoch nicht bekannt, wie umweltverträglich Herstellung, Betrieb und Entsorgung der Antriebsbatterie sind. Empa-Forschende haben nun erstmals den ökologischen Fussabdruck für den gebräuchlichsten Typ, die Lithium-Ionen-Batterie, berechnet; der fällt geringer aus als befürchtet. Anders ausgedrückt: Maximal 4 Liter Benzin pro 100 Kilometer darf ein herkömmliches Auto schlucken, um ähnlich umweltverträglich zu sein wie moderne Elektroautos.

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Die Umweltauswirkungen Batterie betriebener Autos mit denjenigen konventionell angetriebener Autos zu vergleichen, ist nicht einfach. Denn es ist nicht genau bekannt, wie stark Herstellung, Nutzung und Entsorgung der elektrischen Energiespeicher die Umwelt belasten. Erstmals hat nun ein Empa-Team die Ökobilanz von Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion) genau untersucht, und zwar einer chemisch verbesserten (will heissen: umweltverträglicheren) Version des bei solchen Fahrzeugen aktuell am häufigsten eingesetzten Typs. Die Studie zeigt: Stammt der Strom nicht allein aus Wasserkraft, dann ist es, genau wie bei Autos mit konventionellen Verbrennungsmotoren, vor allem der Betrieb der Autos, der die Umwelt belastet – je nachdem, welcher Strommix für das Laden der Batterien benutzt wird. Die Li-Ion-Batterie selbst hat dagegen einen geringen Einfluss auf die Ökobilanz der Elektroautos – entgegen ursprünglicher Befürchtungen, die Herstellung der technisch aufwändigen Batterien könnte den Vorteil des Elektroantriebs wieder wettmachen.

Umweltbilanz von Batterien für Elektroautos

Batterie betriebene Elektroautos werden gerne als ideale Lösung für die Mobilität der Zukunft angepriesen, da sie beim Fahren keine Abgase produzieren. Als Energiespeicher haben sich Li-Ion-Akkus durchgesetzt, weil sie im Vergleich zu Bleiakkus und solchen mit Nickel-Metallhydriden (NiMH) leichter sind und mehr Energie speichern können. Sie sind zudem praktisch wartungsfrei, kennen keinen Kapazitätsverlust bei häufiger Teilentladung (Memoryeffekt), haben eine geringe Selbstentladung und gelten als sicher und langlebig. Daher werden sie in vielen Produkten, beispielsweise Laptops, eingesetzt. Doch sind sie auch umweltfreundlich?

Forschende der Empa-Abteilung «Technologie und Gesellschaft» wollten dies herausfinden. Sie berechneten den ökologischen Fussabdruck von mit Li-Ion-Akkus ausgestatteten Elektroautos, indem sie alle massgeblichen Faktoren von der Produktion der Einzelbestandteile über die Betriebszeit bis zur Verschrottung des Fahrzeugs einbezogen. Die Daten für die Beurteilung der Akkus mussten dafür eigens erhoben werden. Dabei trafen die Forschenden bewusst ungünstige Annahmen: So wurde etwa nicht berücksichtigt, dass eine ausrangierte Fahrzeugbatterie durchaus noch stationär weiterverwendet werden kann. Die Daten für die Ökobilanzierung der restlichen Fahrzeugbestandteile stammen aus der von der Empa betreuten «ecoinvent»-Datenbank (http://www.ecoinvent.org/). Das untersuchte e-Fahrzeug entsprach in Grösse und Leistung der Golfklasse, als Treibstoff diente Strom aus dem durchschnittlichen europäischen Strommix.

Als Vergleichsfahrzeug wurde ein neues Benzinauto – schadstoffarm nach Abgasnorm Euro 5 – eingesetzt, das im neuen Europäischen Fahrzyklus (NEDC) durchschnittlich 5,2 Liter auf 100 Kilometer verbraucht. Dieser Verbrauch ist wesentlich tiefer als der europäische Durchschnitt; das Fahrzeug gehört damit zu den Klassenbesten Benzinautos auf dem Markt.

Auf den Strom kommt’s an – weniger auf die Batterie

Die Studie zeigt, dass der eigentliche Li-Ion-Antrieb des Elektroautos die Umwelt nur mässig belastet; nur maximal 15 Prozent der Gesamtbelastung durch das Elektroauto entfallen auf die Batterie, durch deren Herstellung, Unterhalt und Entsorgung. Die Hälfte davon wiederum – also rund 7.5 Prozent der Belastung – machen die Gewinnung und Herstellung der Batterierohstoffe Kupfer und Aluminium aus; die Lithiumgewinnung schlägt dagegen nur mit 2.3 Prozent zu Buche. «Lithium-Ionen-Akkus sind also nicht so schlecht wie bisher angenommen», sagt Dominic Notter, Mitautor der Studie, die soeben im Fachjournal «Environmental Science & Technology» publiziert wurde.

Anders sieht es dagegen für den Betrieb des Elektromobils über eine erwartete Lebensdauer von 150’000 Kilometer aus: Die grösste Umweltbelastung verursacht das regelmässige Laden der Batterie, also der «Sprit» des e-Autos. «Tankt» man einen in Europa üblichen Strommix aus Atom-, Wasser- und Kohlekraftwerken, wird die Umwelt dreimal mehr belastet als durch den Li-Ion-Akku an sich. Hier lohnt es sich, Alternativen zu prüfen: Während Strom, der vollständig in Kohlekraftwerken produziert wird, die Ökobilanz nochmals um 13 Prozent mehr belasten würde, wird diese um 40 Prozent entlastet, wenn der Strom ausschliesslich aus Wasserkraft stammt.

Die Bilanz der Empa-Forschenden: Ein Benzinauto müsste zwischen drei und vier Liter auf 100 Kilometer verbrauchen, um etwa gleich umweltfreundlich zu sein wie das untersuchte, mit europäischem Strommix aufgeladene Li-Ion-Elektroauto.

Quelle: courtesy by Empa

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15 Gedanken zu „Ökobilanz von Li-Ion-Akkus – Umweltfreundlicher als erwartet

  1. Sepp

    Ich kann Bedenken verstehen. Einige Studien belegen, dass E-Autos nicht so ökologisch sind, wie gerne angenommen. Das liegt aber im wesentlichen daran, dass ein Tesla Model S oder ein Audi Q7 e-tron exemplarisch in Überschriften zitierte wird. Es fehlt an Alternativen, aber Projekte wie e-Go oder der Sion von Sono Motors zeigen, wo es hingehen sollte. Bleibt natürlich die Frage, wie ich meinen Kollegen am Golfplatz erklären soll, warum ich mir ein hässliches Auto von einem unbekannten Hersteller kaufe…

    Bitte um Info, falls ich mich grundlegend Irre! Man muss doch berücksichtigen, dass Benzin oder Diesel nicht gefördert wird, sondern, unter Einsatz von Energie aus Rohöl raffiniert werden muss. Ein Liter Benzin sollte demnach, auch ohne ihn bereits verbraucht zu haben, einen ökologischen Fußabdruck besitzen. Hinzu kommt ja noch die Förderung, die, wie bereits bekannt (Deepwater Horizon), beliebig aufwendig ausgeführt werden kann. Wird das in Studien bisher einbezogen, bzw. existieren belastbare Informationen zu dieser Thematik? Danke!

    Aus meiner Sicht wird an der Elektromobilität mittelfristig nichts vorbei führen. Aber wahrscheinlich nicht in Form von zwei Tonnen schweren SUVs.

  2. A.L.

    Ich kann es einfach nicht glauben, der „kleine Mann“ macht sich Gedanken um die Umwelt und ein Elektroauto wirklich besser ist als ein herkömmlicher Benziner (oder Diesel – der scheidet aber heute 2018 wohl mittlerweile eher aus), denkt sogar darüber nach ob es auch der „richtige“ Strom ist mit dem er ggf. sein Elektroauto tankt und gleichzeitig will die RWE den Hambacher Forst roden um Braunkohle abzubauen.

    Ich fahre ein Elektroauto und habe ein gutes Gewissen dabei. Den Strom den ich hierfür brauche habe ich bereits umweltfreundlich mit meiner Photovoltaik Anlage erzeugt.

    Solange sich „da oben“ nichts verändert und nur die Gewinnmaximierung als einziges Ziel gilt, ist es müssig bei „uns hier unten“ darüber nachzudenken ob wir mit einem Elektroauto wirklich das Richtige tun!

  3. Hans Peter Brill

    Alles engagierte, wohlmeinende und sicher auch besorgte Leute, ich auch. Hoffentlich hat sich kein böser Lobbyist dazwischengemogelt. Den ausgenommen wollen wir vermutlich alle dasselbe, Informationen über die Umweltverträglichkeit alternativer Technologien, hier bezogen auf die Litium-Ionen-Technologie.
    Lehnen wir uns etwas zurück bei unseren Überlegungen, kommt dem Menschen in den Sinn, dass uns letztendlich die Sorge antreibt, ob unsere voreilige Nutzung des Machbaren nicht irreversible Schäden für alle Menschen zur Folgen haben kann.
    Wie iss es nu ??? Li-Ionen-Technologie nutzen oder nicht? Ich betrachte die Technik, auch für den Einsatz bei der E-Mobilität, als Einstiegstechnologie. Nicht jeder und nicht für jeden Zweck sollte sie eingesetzt werden. Doch selbst bei einer forcierten Nutzung werden Innovationen die negativen Aspekte ausräumen, das jedenfalls muss man annehmen dürfen.
    Also, E-Autochen kaufen, selbsterzeugten Strom nutzen oder notfalls reinen Ökostrom vom Stromverzoger.

  4. leo

    Diese Kommentare werden wohl von Leuten verfasst, die wenig wissen und schlecht lesen können.
    1. @Heller: Ensorgung wird nicht betrachtet?
    Eine Ökobilanz umfasst im Zuge der Lifecycle Analyse auch die Entsorgung. Dies wird in der Einleitung auch erwähnt. Es werden „umweltverträglich Herstellung, Betrieb und Entsorgung“ betrachtet. Nur weil nicht ausdrücklich ein ganzer Absatz dazu geschrieben wurde heißt das nicht, dass es nicht einfließt. Lesen Sie richtig!
    2. @CW: Wo kommen denn Ihre Behauptungen her?
    Ein Lithium-Ion-Akku hat eine Coulomb-Wirkungsgrad von fast 100% – nicht wie 1/3 wie Sie behaupten. Das heißt fast der gesamte Strom, der rein fließt kommt auch wieder rein (dafür brauchen sie nichtmal weiter als Wikipedia schauen). Lithium-Preise sind gestiegen, aber die Preise für Lithium-Ion-Akkus fallen laufend.

  5. CW

    Einen hab ich noch: Schon mal ein Braunkohlerevier gesehen? Dort werden riesige Flächen abgetragen. Und der Fußabdruck ist weniger schädlich als beim Benziner?

  6. CW

    Ich bezweifel eine Reihe von Behauptungen, da hier bestimmte Faktoren nicht berücksichtigt wurden. Wie hoch sind die Reserven an leicht erreichbaren Lithium? Bei der Produktion von Lithiumsalzen sind enorme Mengen Wasser erforderlich. Wie hoch ist der Aufwand der Dekontamination und mit welchen Umweltschäden ist zu rechnen, wenn keine Wasseraufbereitung erfolgt? Welche Lebensdauer wurde für die Akkumulatoren angenommen (bei einigen iPhones (gleiche Technologie) war innerhalb des ersten Jahres Schluss mit lustig)? Überhaupt welche Umweltstandards wurden zugrunde gelegt? Die meisten Akkus stammen derzeit aus China, welches sich bislang kaum um Umweltschutz kümmert.
    Der Wirkungsgrad der Akkus ist bescheiden. Es wird ein vielfaches an Ladestrom benötigt, um eine kWh Strom verfügbar zu haben. Strom kommt in Deutschland nun mal zu einem großen Teil aus Kohle. Um eine kWh verfügbar zu haben, muss das Äquivalent von 3 kWh verstromt werden. Die Kohle selbst muss gefördert und transportiert werden. Wasserkraft selbst ist eine der umweltschädlichsten Formen der Energiegewinnung (Vernichtung ökologischer Lebensräume und Vernichtung von ganzen Tierarten).

    Bleibt die E-Mobilität bezahlbar? Lithiumpreise haben sich in den letzten Jahren verfünffacht! Benzin oder Diesel sind natürlich nicht umweltfreundlich, aber ist es ein E-Auto wirklich?

  7. Thomas Zmelty

    12 Photovoltaikmodule mit je 260 Watt Leistung passen auf jedes Garagendach oder Carport. Anlagenleistung 3,12 kWp. Diese PV-Anlage produziert bei geringer Aufständerung 10° Ost-West im Schnitt 2.500 kWh jährlich. Bei 20 kWh Primärstrom auf 100 km entspricht das einer Jahres-km-Leistung von 12.500 „Sonnenstromkilometern“. Die PV-Anlage kostet ca. 5.000 € netto. Eine Lebensdauer von 30 Jahren und durchschnittliche Leistung von 90% der Anfangsleistung unterstellt, ergibt die Rechnung 2.500 kWh x 30 Jahre x 90% = 67.500 kWh und in km umgerechnet: 337.500 km. Das bedeutet Kosten von ca. 1,50 € netto bzw 1,80 € brutto / 100 „Sonnenkilometer“ – Welche Argumente brauchen wir noch? Worauf wartet ihr? Die Zukunft hat begonnen!

  8. Ulrich

    Wieviele Kriege wurden wegen des Öls geführt? Wieviele wegen elektrischem Strom?
    Und liegt es in meinem Interesse gewisse Leute und Regierungen steinreich zu machen?
    Gruss

  9. Ulrich

    Ich verbrauche inkl. Ladeverluste etwa 27kWh pro 100km. Diese kommen vom Dach (20Mw / Jahr). Das Modell S verbraucht nicht viel mehr als Kia usw, wenn man auch 120km/h Autobahn fährt (besserer cw-Wert). Wurde beim Benzin/Diesel wirklich alles berücksichtigt? Kosten/Risiko Förderung, Rohölverarbeitung zu Benzin/Diesel, Verschiffung mit Rohölmotoren, Transport zur Tankstelle inkl. Zusatzverkehr und Strassenabnutzung, Stromverbrauch Tankstelle, Abgasausstoss und daraus entstehenden Gesundheitskosten. Stromleitungen zum Haus sind bereits vorhanden und ausreichend.

    Doch lieber Wasserstoff, mit richtig übler Energiebilanz. Das negative der Elektromobilität sind der Verlust vieler Arbeitsplätze. Zudem können bei Tesla nicht unzählung Zwischenhändler und Importeure die Hand aufhalten.

    Gruss

  10. RCH

    Der Fehler, dass der Betrachtungsbereich vor der Entsorgung endet ist historisch bedingt üblich, sollte aber in modernen Arbeiten, also seit min. 20 Jahren nicht mehr gemacht werden, sofern die Arbeit objektiv sein will. Man hat früher nicht so weit gedacht, bevor man erkannte dass die Erde rund ist. Wenn der „Rest“ (Müll) am Ende von der Scheibe runterfällt passt es ja.
    Wenn aber das Ende der Welt der Anfang für die „Anderen“ ist?
    Das gilt für die „grüne“ Atomkraft gleich wie für die Akkus, die PET Flasche bis zum Weltraummüll.
    Curd Jürgens sang vor 40 Jahren: 60 Jahre und kein bisschen weise, aus gehabtem Schaden nichts gelernt.
    SCHADE

  11. Stefan

    Ich beschäftige mich auch mit der Entsorgung von Li Akkus. Sind Ihnen einschlägige Quellen bekannt?

  12. GreenGear Beitragsautor

    Hallo H. Keller,

    Sie haben vollkommen Recht. Ich befürchte zudem, dass über eine nachhaltige Entsorgung oder Wiederaufarbeitung der Lithium Ionen Akkus erst (wenn überhaupt) nachgedacht wird, wenn Elektro- und Hybridautos viel stärker verbreitet sind. Höchstwahrscheinlich wird hier die Regulierung seitens Gesetzgeber unabkömmlich.

    Beste Grüße
    Michael @ GreenGear.de

  13. H. Keller

    Schade, dass bei dem oben genannten Beitrag nicht auf die Entsorgung eingegangen wird.
    Es wird nämlich verschwiegen, dass Lithium Ionen Akkus am Ende ihrer Lebenszeit verbrannt werden.
    Würde dies berüksichtigt, dann wäre die Öko Bilanz wesentlich schlechter.
    Die Tatsache wird leider immer verschwiegen.

  14. Bernd Dulat

    Mich würde die Umwelt/Energiebilanz der Li-ion Akkus interessieren, wenn ich den Strom zum Laden aus meinen Sonnenzellen auf dem Dach hole. Dieser oder sogar ein zweiter Akku wäre ausserdem ideal zum Zwischenspeichern der Energie gewonnen mit den Sonnenzellen. So wäre z.B. ein 20kWh Akku nutzbar, um meinen häuslichen Stromverbrauch für zwei Tage zu gewährleisten. An einem mittel sonnigen Tag könnte ich ihn dann mit meiner 15kWp wieder aufladen.

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