Zur Ökobilanz von Blei- und Lithium-Ionen-Stromspeichern

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oekobilanz-stromspeicherStromspeicher sollen die Energiewende voranbringen und so das Klima schützen helfen. Durch effiziente Speichertechnologien wird unregelmäßig erzeugter grüner Strom besser genutzt. Doch welchen ökologischen Fußabdruck haben eigentlich die Stromspeicher selbst? Dieser Frage ist Professor Dr. Karl-Heinz Pettinger, der an der Hochschule Landshut in den Bereichen „Elektrische Energiespeicherung“ und „Chemie“ lehrt, zusammen Winny Dong, Professorin für Chemie und Werkstofftechnik an der California State Polytechnic Universität nachgegangen. Das Magazin Sonne, Wind & Wärme berichtet über die Ergebnisse der Untersuchung.

Ökobilanz von Blei- und Lithium-Ionen-Stromspeichern

Die konkrete Frage war, wie oft Stromspeicher be- und entladen werden müssen, bis sie mehr Energie abgeben, als für ihre Herstellung aufgewendet wurde. Dabei wurden Blei- und Lithium-Ionen-Technologie gegenübergestellt und ihr Primärenergiebedarf (bei Herstellung und Transport) sowohl auf Zell- als auch auf Systemebene untersucht. Die beiden Wissenschaftler legten ihrer Untersuchung einen typischen Heimspeicher mit 7,5 Kilowattstunden und 20 Jahren Betriebsdauer zugrunde, gekoppelt an eine Solaranlage in Niederbayern. Ein solcher Speicher ist auf den Jahresstromverbrauch eines 4-Personen-Haushaltes zugeschnitten, der rund 4.000 kWh beträgt. Für ihre Berechnungen nutzten Pettinger und Dong die Daten realer Batteriefabriken, bezogen auf kleine Produktionslinien von einer Million Stück pro Jahr für Lithium-Ionen-Batterien und 1,4 Millionen Stück für Bleibatterien.

Energiebilanz bei der Herstellung ist bei Bleibatterien günstiger

Ein Heimspeicher auf Bleibasis muss bis zur Amortisation 14 Mal be- und entladen werden, ein Lithium-Ionen-Speicher 60 Mal. Das Verhältnis von nominaler Kapazität und dem Energieaufwand für die Produktion liegt bei Blei-Säure-Systemen bei 1:14, bei Lithium-Ionen-Systemen bei 1:50. Der Grund dafür ist, dass Blei-Säure-Batterien mit wesentlich weniger Energieaufwand hergestellt werden können als Li-Io-Systeme, heißt es.

Energiebedarf für den Transport von Stromspeichern

Bei der Ermittlung des Energiebedarfs für den Transport wurde sowohl der Transport der Rohstoffe zur Produktionsstätte als auch der Transport von der Produktionsstätte zum Abnehmer betrachtet. Für die Rohstoffe gilt, dass ihre Gewinnung im Fall von Li-Io-Batterien unter kritischeren Bedingungen erfolgt als bei Blei. Doch lagen nicht ausreichend Daten für eine genaue Analyse vor. Für den Transport des Stromspeichers zum Abnehmer hingegen lag eine Vielzahl von Daten vor. Angenommen wurde eine Produktion in Asien mit Schiffstransport nach Hamburg und LKW-Transport nach Süddeutschland.

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Das Ergebnis: Für den Transport des Stromspeichers ist in diesem Fall fast noch einmal genauso viel Energie nötig wie für die Herstellung. Das gilt für beide Technologien. Eine regional produzierte Batterie wäre also vorzuziehen. Dann rechnet sich eine Bleibatterie ökologisch schon nach 0,7 Jahren, eine Li-Io-Batterie nach 1,2 Jahren. Die meisten Lithium-Ionen-Stromspeicher werden jedoch derzeit aus Asien bzw. Nordamerika und Frankreich importiert, Bleisysteme werden jedoch auch in Deutschland oder Italien produziert.

Bezogen auf die Gesamtlebensdauer punkten Lithium-Ionen-Stromspeicher

In Bezug auf die Gesamtlebensdauer einer Batteriezelle liegt die Lithium-Ionen-Batterie klar vorn. Sie wird in der Beispielrechnung 10.000 Mal zu 80 Prozent entladen und hat somit eine 5 Mal so lange Lebensdauer wie die Blei-Batterie. Diese kannn nur 2.000 Mal zu 50 Prozent entladen werden. Damit kehrt sich der Nachteil beim Energieaufwand für die Herstellung wieder um. Für eine Kilowattstunde Speicherkapazität zur Nutzung über 20 Jahre benötigt die Li-Ionen-Batterie etwa 0,002 kWh Energie. Für die Bleibatterie liegt der Wert hingegen bei circa 0,014 kWh. Lithium-Ionen-Speicher liegen hier vorn, obwohl Bleisysteme bei Herstellung und Transport eine günstigere Ökobilanz aufweisen. Für beide Systeme gilt: Sie verbrauchen in der Herstellung weit weniger Energie, als die über ihre Lebensdauer wieder zur Verfügung stellen. In der gesamten Lebenszyklusanalyse sind Li-Io-Batterien noch 1,4 Mal effektiver als Blei-Batterien, heißt es.

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Das Fazit: Beide Systeme rechnen sich. Selbst im Fall der Produktion in Asien amortisiert sich die Blei-Batterie ökologisch nach rund 22 Monaten, die Li-Ionen-Batterie nach knapp 8 Monaten.

Quellen / Weiterlesen:
Zur ökologischen Bilanz von Batteriespeichern | Sonne, Wind & Wärme
Fachwissen der Hochschule Landshut gefragt: Professor Pettinger unterstützt den wissenschaftlichen Beirat im „Batterieforum Deutschland“ | Hochschule Landshut
Bildquelle: WikipediaCC BY-SA 2.0

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8 Comments…

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  1. Ja klar, Henti-Klimatroll, eMobilität kommt erst in der Zukunft. Und die Welt ist eine Scheibe… 😆

  2. Na Alex1, alter Faktenverdreher, beim Kommentieren den falschen Beitrag erwischt? Oder den Beitrag gar nicht gelesen und deshalb auch nicht gemerkt, dass es darin überhaupt nicht um Elektromobilität geht?

    Aber was den Kommentar selbst angeht: Ja, Elektromobilität ist ein Thema für die (ferne) Zukunft, deshalb hat sie heute ja auch keine erwähnenswerte Bedeutung.

    Um wie viel haben Sie denn Ihrer Meinung nach mit Ihrem Zoe die durchschnittliche Welttemperatur bisher gesenkt?

  3. Schön, dass wieder mal gezeigt wurde, dass die eMobilität die Zukunft ist.

  4. Och je, Hentinger, alter Klimatroll, wieder am Unsinn verbreiten?

    Naja, besser hier als in der richtigen Welt solchen Schwachsinn verbreiten…

  5. Achja – falls sich ein Leser dieses Threads tatsächlich fragen sollte, worauf Teslanaut bei den „kWh pro Stunde“, also kW hinaus will:

    Letztlich geht es um die Erklärung, warum z.B. das IPCC die mittlere Energiemenge (also „Wh pro Stunde“) mit der Einheit W bzw. die mittlere Energiemenge pro Fläche mit der Einheit W/m² versieht, wie man es z.B. hier sehen kann:

    https://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/faq-1-1-figure-1.html

    Offenkundig hat Teslanaut das Kürzen von Brüchen aber noch immer nicht begriffen.

  6. Richtig erkannt, Teslanaut. Die konventionelle Stromversorgung ist selbst dann noch zuverlässig, wenn große Energieerzeuger komplett ausfallen.

    Die Stromversorgung mit Zufallsstromerzeugern funktioniert dagegen selbst dann nicht, wenn man den Verbrauch per „Smart Grid“ von der zufälligen Erzeugung abhängig macht und das System zusätzlich mit gigantischen Stromspeichern bestückt.

    Und Sie glauben ernsthaft, das interessiert nur Ihren Bäcker?

  7. Der „Rabulist“ hat wieder einen Kommentar zum besten gegeben! Einfach herrlich – zum Glück gibt es solche „Irrlichter“, die den grauen Alltag heiterer machen. Herrlich seine Frage damals zum Unterschied zwischen kWh pro Stunde – also dem mittleren Energieverbrauch pro Zeiteinheit – und kW. kWh pro Stunde – diese Einheit muss man geniessen :-))!
    Nebenbei bemerkt sind 260 Stunden nicht mal so schlecht – ein AKW ist durchschnittlich 720 Stunden pro Jahr abgeschaltet. Aber wen interessiert’s ausser den Bäcker um die Eck. 🙂

  8. Da Stromspeicher keinen Strom erzeugen, sondern lediglich bereits erzeugten Strom mit Verlusten in chemische Energie und zurück in Strom wandeln, sind sie netto Stromvernichter. Egal wie oft man sie lädt und wieder entlädt, werden sie also nie mehr Energie erzeugen können, als bei ihrer Herstellung benötigt wurde. Stromspeicher können sich also nicht energetisch amortisieren. Somit ist der komplette Artikel – und die ihm zugrunde liegende Auftragsstudie – kompletter Blödsinn.

    Auch ökologisch amortisieren sich die Speicher nicht, da ihre Herstellung und Entsorgung mit ökologischen Schäden verbunden ist, die durch den Betrieb der Speicher nicht wieder reduziert werden. Im Gegenteil erhöhen die Speicher die ökologischen Schäden, die bereits aufgrund der Produktion und Entsorgung der Stromerzeugungssysteme (z.B. PV-Anlage) entstehen.

    Dass man auch mit Stromspeichern aus Zufallsstromerzeugern keine zuverlässige Stromversorgung generieren kann, wenn sich die Geschichte finanziell auch nur annähernd im rationalen Rahmen bewegen soll, hat die Insel Pellworm eindrucksvoll bewiesen, wo selbst mit erheblichem technischen und finanziellen Aufwand keine Vollversorgung der lediglich knapp 1.200 Inselbewohner ohne jeglichen Industriebetrieb möglich ist. Obwohl vor Ort etwa 300 % des Stromverbrauchs erzeugt wird, erreicht das Hybridkraftwerk mit SmartGrid und Stromspeicher laut kürzlich vorgestelltem Ergebnis des Forschungsprojektes lediglich einen Versorgungsgrad von 97,03 %. Also für 260 Stunden und 10 Minuten pro Jahr würde die Stromversorgung zusammenbrechen, wenn die angeblich energieautarke Insel das Stromlkabel zum Festland tatsächlich kappen würde (über das auch der zufällig erzeugte Stromüberschuss entsorgt wird).

    Noch interessanter ist aber, dass nach diesem Bericht ohne die teuren Speicher der Versorgungsgrad lediglich auf 95,36 % fallen würde.

    http://www.smartregion-pellworm.de/fileadmin/smartregion/user_upload/PDF/SmartRegion_Pellworm_Ergebnisse.pdf

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