Der Lebenszyklus von Lithiumbatterien

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stromspeicher-lithiumbatterien-lebenszyklusDie Nachfrage nach Lithiumbatterien erfährt ein rasantes Wachstum, aber dank steigender Produktionskapazitäten für Lithium-Speicher sinken die Akkupreise. Und dies, obwohl der Preis für Lithium-Karbonat weltweit stark steigt. Es wird erwartet, dass die Lithium-Nachfrage von derzeit 40.000 t pro Jahr auf 500.000 t bis 2030 steigt. Diese Nachfrage nach Lithium soll, neben der Erschließung neuer Vorkommen, insbesondere durch Lithium-Recycling und „Second Life„-Anwendungen, befriedigt werden.

Von Konstantin Heiller

Nachfrage und Entwicklung

Im vergangenen Jahr wurden weltweit rund 400 MWh an stationären Stromspeichern installiert. Weltweit gibt es insgesamt schon ca. 70 GWh Speicherleistung in Form von Lithium-Batterien. Stationäre Stromspeicher machen hier noch einen geringen Bruchteil aus, die beiden größten Anwendungsbereiche für Lithium-Batterien sind portable Elektronikgeräte und die Elektromobilität. Letztere wird, laut einer Hochrechnung von Fraunhofer ISI, auch in Zukunft der größte Nachfragetreiber für Lithium sein. Mehr als 500 GWh Speicherkapazität sollen bis 2025, vor allem in der Elektromobilität zum Einsatz kommen:


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Quelle: Thielmann, Fraunhofer ISI, 13. Oktober 2016, Wien

Dank der steigenden Produktionskapazitäten für Lithium-Speicher, sinken die Akkupreise (bisher um ca. 30% zwischen 2013 und 2015), und das, obwohl der Preis für Lithium-Karbonat weltweit derzeit kräftig zulegt. Alleine Anfang 2016 ist der Weltmarktpreis für die Tonne Lithium-Karbonat um das Dreifache gestiegen. Mit dem steigenden Preis, werden nun auch neue Quellen für Lithium erschlossen und gesucht:

Die Rohstoffgewinnung von Lithium

Lithium wird in der Keramikherstellung, als Legierungsmetall, als Antidepressivum und zunehmend für die Akku-Herstellung als Elektrodenmaterial eingesetzt. Die Förderung des hochreaktiven Alkalimetalls erfolgt in ausgetrockneten Salzseen (z.B. Salar de Uyuni in Bolivien), im Bergbau (in naher Zukunft: Koralpe in Österreich) und mittels Extraktion aus dem Meerwasser. Momentan werden knapp 40.000 t Lithium weltweit gefördert. Auf Grund der hohen Nachfragen, besonders aus der Elektromobilität, gibt es Szenarien, denen zufolge der Bedarf bis 500.000 t bis 2030 steigen könnte.

Bei einer dermaßen hohen Nachfrage würden – bei statischer Betrachtung, das heißt, keine neuen Vorkommen werden entdeckt – die Reserven aus Salzseen nur mehr für 40 Jahre reichen, jene aus den erkundeten Minen ebenfalls nur noch ein paar Jahrzehnte. Darum ist es bereits jetzt an der Zeit, sich über das Recycling von Lithium Gedanken zu machen. Eine Variante, die derzeit noch erforscht wird, ist das Recycling des Rohstoffes Lithium selbst. Die zweite Variante fokussiert sich auf die Verlängerung der Nutzung der gesamten Akkuzelle in einer so genannten „Second Life“ Anwendung.

Recycling & Second Life

Derzeit werden Lithium-Batterien, die beschädigt, veraltet oder defekt sind, thermisch behandelt. In einem Ofen wird der Elektrolyt verdampft und aus dem Restmaterial werden edle Metalle, wie Kupfer oder Kobalt wieder zurückgewonnen. Das Extrahieren von Lithium, das nur ca. 1% der Akkuzelle ausmacht, ist technisch derzeit schwer machbar und weder energetisch noch wirtschaftlich sinnvoll. Jedoch gibt es Recyclingverfahren im Teststadium, bei denen eine Restschlacke gewonnen wird, die zwar nicht so rein wie das weltweit gehandelte Lithium-Karbonat ist, jedoch wieder für die Akkuherstellung genutzt werden kann. An diesem vielversprechenden „Umicore“ Verfahren wird derzeit noch weiter geforscht.

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Alternativ kann das Produktleben einer Akkuzelle durch so genannte “Second Life“ Anwendungen verlängert werden. Akkuzellen, deren Ladetiefe durch Alterung abgenommen hat und die nicht mehr tauglich für die Elektromobilität sind, können in einem „Second Life“ stationär in der Primärregelleistung, als Heimspeicher oder als Back-up Systeme eingesetzt werden und den Einsatz neuer Zellen damit zumindest verzögern. Derzeit sind noch wenige gebrauchte Akkus für dieses Geschäftsmodell vorhanden. Deshalb beschränken sich die Pilotprojekte in Deutschland vorwiegend auf, von Autoherstellern initiierte, Pilotanlagen.

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Quelle: Second Life-Batterien als flexible Speicher für Erneuerbare Energien. Reid/Julve

Einer Studie der Forschungsgesellschaft für Erneuerbare Energie eV zu Folge, könnten jedoch bis zum Jahr 2025 ca. 25 GWh an Akku-Kapazität für den Second-Life Einsatz am Markt vorhanden sein. Diese Akkus würden dann die Kosten für stationäre Stromspeicher in den nächsten 10 Jahren nochmals senken und vor allem die Umweltbilanz von Lithium-Batterien deutlich verbessern.

Mehr Information finden Sie in dem ausführlicheren Beitrag: „Stromspeicher auf Lithiumbasis: Der Rohstoff, sein Kreislauf & Second Life Anwendungen“.

Bildquelle: © BirgitH / pixelio – www.pixelio.de

Über den Autor Konstantin Heiller


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