Die Verknüpfung von Mobilität und Ressourceneffizienz: Nachhaltige Lösungen für die Zukunft

Ressourceneffizienz ist für eine erkennbare Entwicklung von Betrieben entscheidend. Durch die effizientere Nutzung von Materialien und Energie können Unternehmen Kosten senken, Umweltbelastungen reduzieren und somit ihre Marktposition verbessern. Viele setzen dabei auf innovative Technologien und Methoden, um ihre Ressourcennutzung zu optimieren, darunter verbesserte Produktionsprozesse sowie die Entwicklung neuer Materialien oder Recyclingverfahren.

Batterien bilden eine wesentliche Säule für den Fortschritt in der Energiewende. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat mit seinem Batterieforschungsprogramm einen Grundstein für die nationale Forschung in diesem Bereich gelegt. Dieses Programm zielt darauf ab, nachhaltige Wertschöpfungsketten zu etablieren und den schnellen Übergang von Forschungsergebnissen in praktische Anwendungen zu fördern.

Leistungsstarke und sichere Batterien sind für eine breite Palette von Produkten – von Elektroautos und Energiespeichern über Smartphones und bis hin zu medizinischen Geräten und Werkzeugen – unerlässlich. Diese Vielfalt zeigt sich auch in den unterschiedlichen Anforderungen, die an Batterien für verschiedene Anwendungen gestellt werden. Die Nachfrage nach modernen Batteriezellen steigt vor allem wegen des Ausbaus der E-Mobilität. Ebenso sind Batterien als flexible Energiespeicher eine wesent­liche Schlüsselkomponente für die Energiewende.

Weltweit wird der Aufbau von Batteriefabriken intensiviert, um die Abhängigkeiten von asiatischen Herstellern zu reduzieren. Dies erfordert eigene Produktionsstätten für Batterien und ihre Komponenten sowie eine sichere Rohstoffbasis. Das Ziel ist in diesem Zusammenhang die Etablierung einer technologisch unabhängigen, wettbewerbsfähigen und umweltfreundlichen Batteriewertschöpfungskette inklusive Kreislaufwirtschaft in Europa und speziell in Deutschland.

Die wachsende Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien im Zuge der Mobilitätswende macht die Kreislaufführung von Rohstoffen zur Erhöhung der Nachhaltigkeit im Elektromobilitätsbereich entscheidend. Faktoren wie Ressourcenverfügbarkeit, Rohstoffkosten und soziale Bedenken im Abbau von Batteriegrundstoffen beeinflussen diese Entwicklung maßgeblich. Besonders wichtig ist die Rückgewinnung aktiver Batteriekomponenten wie Lithium-Nickel-Kobalt-Manganoxid (NCM), was sowohl ökologisch als auch ökonomisch von hoher Bedeutung ist. Aktuelle Forschungen zeigen, dass diese Bestandteile nur mit hohem Aufwand in der benötigten Reinheit und der erforderlichen Recyclingquote für eine zirkuläre Batterieproduktion zurückgewonnen werden können.

Für den deutschlandweiten Ausbau der Elektromobilität und die Energiewende sind neue, leistungsfähige, kosteneffiziente und umweltschonende Batteriezellen notwendig. Um die umweltbewusste Nutzung von Lithium-Ionen-Batterien nachvollziehbar zu gestalten, ist es essenziell, Produktionsabfälle und ausgediente Batterien zu recyceln und die Materialien in einem geschlossenen Kreislauf zu halten. Dieses Ziel verfolgt das CircularLab der Battery LabFactory der TU Braunschweig, das sich auf die Forschung zur technischen Umsetzung des Recyclings und der Neuproduktion von Batteriezellen aus recycelten Materialien konzentriert.

Das Team des CircularLabs fokussiert sich auf einen geschlossenen Kreislauf zur Schaffung von Batteriematerialien, um ökologische Gesichtspunkte und die Unabhängigkeit von kritischen Rohstoffen zu gewährleisten. Hauptziele sind eine ressourceneffiziente Produktion von Elektroden und Zellen sowie effektives Recycling. In diesem Kontext werden bestehende Produktionsprozesse, wie etwa Trocknungstechnologien, in industriellen Maßstäben analysiert und optimiert.

Angesichts der Knappheit von Ausgangs­materialien ist die Forschung nach alternativen Batterietechnologien unerlässlich. Eine neue Roadmap des Fraunhofer ISI befasst sich mit alternativen Batterietechnologien für den Zeitraum bis 2045: „Viele alternative Batterietypen wie Metall-Ionen- (z. B. Natrium-Ionen- oder Zink-Ionen-Batterien) oder Metall-Luft-Batterien (z. B. Zink-Luft-Batterien) bieten ein hohes Potenzial für mehr Nachhaltigkeit, geringere Kosten und weniger Ressourcenverbrauch, weisen aber teilweise auch Nachteile wie eine begrenzte Energiedichte oder eine geringe Technologiereife auf“, erklärt das Fraunhofer ISI.

„Für mobile Anwendungen stehen Natrium-Ionen-Batterien kurz vor der weitreichenden Kommerzialisierung – erste Exemplare werden bereits bei elektrischen Zweirädern und Kleinwagen eingesetzt. Lithium-Schwefel-Batterien könnten ab 2035 in größeren Drohnen und ab 2040 sogar in weiteren elektrischen Fluggeräten zum Einsatz kommen. Bei stationären Anwendungen sind die Anforderungen an die Energiedichte geringer. Hier könnten teilweise bereits auf dem Markt verfügbare Speichersysteme wie Redox-Flow-Batterien, Salzwasser- oder Natrium-Schwefel-Hochtemperatur-Batterien in naher Zukunft relevanter werden, genau wie Natrium-Ionen-Batterien, die sich durch eine gute Ressourcenverfügbarkeit, Sicherheit und Tiefentladefähigkeit auszeichnen“, führt das ISI fort.

Zusammenfassend bleibt festzuhalten: E-Mobilität, Ressourceneffizienz und Batterieforschung sind entscheidende Säulen der zukünftigen Mobilität. Während die technologischen Fortschritte beeindruckend sind, erfordert die vollständige Umsetzung dieser Vision eine umfassende Zusammenarbeit zwischen Industrie und Forschung.

lm

Quellen: BMBF, TU Braunschweig, Fraunhofer ISI („Gibt es Alternativen zur Lithium-Ionen-Batterie? Neue Roadmap skizziert Einsatzfelder, Märkte, Kosten und Herausforderungen für alternative Batterietechnologien“)

2/2024