Elektroauto-Batterien: „Der Müll von gestern ist das Gold von morgen“

Die Ausgründung der RWTH Aachen PEM Motion bietet der Automobilbranche Produktentwicklungs- und Beratungslösungen für die Transformation zur E-Mobilität. Die in Elektroautos eingesetzten Batterien sieht das Unternehmen als „Gold von morgen“. Gebrauchte E-Auto-Akkus seien eine wertvolle Ressource und böten großes Geschäftspotenzial. Es müssten aber noch Herausforderungen gemeistert werden.

Für eine tatsächliche Erschließung des Marktes sei eine verbesserte Standardisierung und Auslegung von E-Auto-Batterien, vor allem für deren geplantes „zweites Leben“ nach dem Einsatz in Pkw, sowie die Vernetzung von Marktteilnehmern und Industrien notwendig. Das gelte auch für die Abwägung, ob die Wiederverwendung oder das Recycling für verschiedene Anwendungsfälle effektiver ist. Die Aufbereitung von gebrauchten Akkus und deren Wiederverwendung seien entscheidend für eine gelungene Mobilitätswende.

In einer Studie hat PEM Motion gemeinsam mit unter anderem dem Lehrstuhl Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) und Partnern entlang der Batteriewertschöpfungskette Wege und Möglichkeiten untersucht, zukünftig mehr aus gebrauchten Elektroauto-Batterien herauszuholen. Heutige Batterien und Batteriesysteme seien nur für die erste Phase ihrer Lebensdauer ausgelegt. Bis vor Kurzem sei keinerlei Anreiz darin gesehen worden, sich schon während der Entwicklung oder der Produktion Gedanken über die spätere Weiterverwendung oder das Recycling zu machen. Dies ändere sich erst allmählich mit dem Aufkommen von Unternehmen und Projekten, die sich der Thematik widmen.

Bislang gebe es kein vorherrschendes Batteriekonzept, das auf Nachhaltigkeit und Zweitverwendung sowohl beim Produkt als auch beim Prozess fokussiert ist, so PEM Motion. Zusammengefasst ergäben sich drei zentrale Segmente für eine effiziente Weiterverwendung der Batterien:

• Rechtliche Grundlagen in Form von Normen und Standards sollten sich mit „Remanufacturing“ und „2nd Life“ auseinandersetzen. Nur so könne für alle an der Wertschöpfungskette beteiligten Unternehmen eine einheitliche Richtung definiert werden. Die EU-Kommission plane strengere Zielwerte für die Recycling-Effizienz und Weiternutzung von gebrauchten Batterien. Die Studie zeige die Punkte auf, um sich auf das neue Umfeld vorzubereiten.
• Die Effizienz des Recyclings zu verbessern, sei möglicherweise nicht ausreichend. Ein wichtiger Aspekt sei auch die Auswahl der im Batteriesystem eingesetzten Materialien.
• Um mit dem enormen Rücklauf der Batterien angemessen umgehen und eine hohe Rücklaufquote erzielen zu können, sollte schon heute ein schlüssiges Infrastrukturkonzept auf den Weg gebracht werden.

Eine der großen Herausforderungen für ein zweites Leben von E-Auto-Batterien ist laut PEM Motion, dass es bisher keine einheitlichen Strategien im Bereich der Normen und Standards für Recycling und Wiederverwendung gebe. Viele Fragen würden unbeantwortet bleiben. Beispielsweise: Ab wann ist eine Batterie keine „neue“ Batterie mehr? Unter welchen Bedingungen soll sie als Abfall oder als Ware für die Umwidmung betrachtet werden? Wie lässt sich der Wert einer gebrauchten Batterie für die Umnutzung ermitteln? Welche Art von Informationen zur Demontage sollten bereitgestellt werden? Wie ist der Demontage-Prozess zu gestalten? Wie lauten die spezifischen Verfahrensregeln für die Lagerung von gebrauchten Batterien? Sollten sich die Regelungen für Recycling und Wiederverwendung unterscheiden?

Batterien altern unterschiedlich

Die Alterung von Batterien sei ein hochkomplexes Thema, weil die einzelnen Zellen und Module innerhalb eines Batteriepacks in der Regel unterschiedlich schnell altern. Da die Gesamtkapazität von den schwächsten Zellen abhängig sei, komme es häufig vor, dass eine Batterie nicht mehr für den Einsatz im Fahrzeug geeignet ist. Es seien dann aber noch einige funktionsfähige Zellen und Module im Akkupack vorhanden, so PEM Motion. In ihrer Studie haben die Experten fünf Batterien verschiedener Fahrzeughersteller und aus verschiedenen Lebenszyklusphasen untersucht. Die wesentliche Erkenntnis nach den Tests: Im Gegensatz zum klassischen Verbrenner, der an Wert verliert, je mehr Laufleistung erbracht wurde und je länger der Motor in Betrieb war, verhalte es sich mit der Alterung und der Wertermittlung bei Batterien nach dem ersten Lebenszyklus anders. Die Parameter jeder spezifischen Batterie entwickelten sich während der Alterung unterschiedlich.

Andere Parameter wie der sogenannte State of Charge (SoC/Ladestand) und die Temperatur übten größeren Einfluss aus, als es die grundsätzliche Alterung tue. Insbesondere der Widerstand steige allmählich an, während die Zeitkonstante stark steige, wenn die Zellen altern. Der Unterschied in diesen Werten zwischen 50 Prozent und hohem oder niedrigem SoC entwickele sich ebenfalls mit der Alterung. Diese Eigenschaften könnten durch Tests bestimmt werden, um die Tauglichkeit einer gebrauchten Batterie für die Umwidmung zu bestimmen.

Auch bei der Demontage gebe es einiges zu beachten, so PEM Motion weiter. Die Fachleute haben während ihrer Studie Batterien verschiedener Hersteller und mit unterschiedlichen Eigenschaften demontiert. Für alle Produkte sei man zu dem Ergebnis gekommen, dass eine Wiedermontage zwar möglich, aber noch kein standardisiertes Konzept für die einfache De- und Remontage erkennbar ist.

Fazit

Der Wiedernutzungs-/Recycling-Markt für gebrauchte Elektroauto-Batterien biete in den kommenden Jahren ein Milliarden-Volumen, betont Pam Motion abschließend. Dennoch gebe es aktuell kaum Standards und Normen, um schon bei der Herstellung der Batterien den Schritt der Demontage und Wiedernutzung zu berücksichtigen. Folgende Hauptaufgaben resultierten aus der aktuellen Untersuchung:

• Aktuell bestehe große Unsicherheit in Bezug auf regulatorische Voraussetzungen zum „2nd Use“: Gebrauchte Batterien müssten gewissermaßen Regulatorien von Neuprodukten erfüllen. Es gebe in bestehenden Normen kaum Hinweise auf Aufarbeitungs- und Recycling-Standards. Theoretisch müsse deshalb jeder stationäre Speicher einzeln zertifiziert werden, was eine wirtschaftliche Auslegung undenkbar machen würde.
• Die Nutzungshistorie und das kalendarische Alter nähmen einen großen Einfluss auf die „Gesundheit“ der ausrangierten Batterien. Für Preisverhandlungen über gebrauchte Batterien müssten künftig effizientere Testmöglichkeiten geschaffen sowie weitere Historiendaten erfasst werden. Mithilfe solcher Daten ließe sich in Zukunft die Preisgestaltung vereinfachen.
• Heutige Batteriepacks seien nicht für das Wiederaufbereitung ausgelegt. Für eine effiziente De- und Remontage müsste dieser zweite Weg der Verwendung bereits in der Herstellung beziehungsweise in der Entwicklung bedacht werden, beispielsweise bei der Verklebung der verschiedenen Teile.