v1.0 . In Zukunft brauchen wir immer mehr Akkus. Etwa um erneuerbare Energien zu speichern oder für E-Autos. Auch unser Zuhause ist voll mit Geräten, in denen Akkus drin sind. Welche Innovationen es da in Sachen Nachhaltigkeit gibt, und was wir tun können, damit Akkus möglichst lange halten, das checken wir jetzt. (Belebte Musik) Erst mal kurz zu den Begrifflichkeiten. Im Alltag sprechen die meisten von uns von Batterien, wenn wir Einmalbatterien meinen, und von Akkus, wenn es um wiederaufladbare Batterien geht. In der Wissenschaft spricht man generell von Batterien. Aktuell nutzen wir am meisten Lithium-Ionen-Batterien. (Dynamische Musik) Zuerst bin ich im Exzellenzcluster POLiS in Ulm, einem Forschungszentrum für nachhaltige Batterien, die ohne Lithium auskommen sollen. Hier wird daran geforscht, wie Lithium in Batterien ersetzt werden kann. Jetzt stehen wir hier vor so einem Roboter. Was genau passiert hier? Genau. Hier geht es um die automatisierte Forschung. Hier fertigt der Roboter oder diese verschiedenen Roboter die Batteriezellen. In dieser Box baut ein Roboter mithilfe von künstlicher Intelligenz, ganz ohne Menschenhand, Lithium-Ionen-Knopfzellen in kleinem Maßstab. Das sind Batteriezellen, die zum Beispiel für Autoschlüssel gebraucht werden. (Belebte Musik) Oh, es geht los. - Es geht schon los. Wir sehen hier jetzt quasi den unteren Teil der Knopfzelle. Ja. Dann kommt als Nächstes ja so ein Platzhalter. (Belebte Musik) Das ist jetzt die negative Elektrode oder auch Anode genannt. Zwischen die einzelnen Plättchen kommt etwas Elektrolyt. Das sorgt dafür, dass die elektrische Ladung erfolgt. Dann ein Separator, um die Elektroden voneinander zu trennen. Und dann die Katode, die positive Elektrode. Zum Schluss noch einmal hier im Labor ein Platzhalter, um die Zelle komplett auszufüllen. (on:) Wir haben jetzt eine fertige Knopfzelle produziert? - Genau. Diese fertige Batterie ist eine Lithium-Ionen-Batterie und keine nachhaltige Alternative. Das Ziel ist, dass der Roboter zunächst lernt, Knopfzellen schneller, genauer und effizienter zu produzieren als die Forscherinnen und Forscher es per Hand hinkriegen. Hierfür wird weiterhin Lithium verwendet, da nachhaltige Alternativen bisher nicht in der gleichen Menge verfügbar sind wie Lithium. Jetzt ist ja eure Forschung Post-Lithium. Warum müssen wir denn weg von Lithium, warum brauchen wir das? Ich glaube nicht, dass wir weg von Lithium müssen, sondern wir brauchen Alternativen, die komplementär zu Lithium sind. Wir brauchen aber dringend Alternativen ... denn Lithium ist halt auch eine begrenzte Ressource. Laut Bundesumweltministerium gibt es aktuell weltweit genug Lithium für die steigende Nachfrage durch die E-Mobilität. Teilweise könnte es aber zu Abbau- oder Lieferschwierigkeiten kommen, zum Beispiel aufgrund von politischen, wirtschaftlichen oder umwelttechnischen Ereignissen. Lithium kann entweder aus Gestein abgebaut werden oder aus Salzseen. Diese sogenannten Salaren, die das hochkonzentrierte Lithium enthalten, kommen hauptsächlich in Südamerika, wie in Chile oder Argentinien, vor. Das lithiumhaltige Salzwasser muss tief aus dem Boden herausgepumpt werden. Anschließend verdunstet das Wasser im großen Becken. Zurückbleibt eine Art Salz. Daraus wird dann mithilfe von Chemikalien das Lithium von anderen Mineralien getrennt. (Musik verklingt.) Wenn wir jetzt mal auf den Abbau von Lithium noch mal schauen. Was ist denn daran problematisch für die Umwelt? Es ist im Wesentlichen eben, dass relativ viel Wasser verdunstet dabei und relativ ... Dass potenziell der Grundwasser- spiegel in den Regionen sinkt, was ein Problem ist natürlich für die Leute, die dort leben, die dort Landwirtschaft betreiben oder Ähnliches. Das ist sicherlich eine große Herausforderung, die es zu adressieren gilt. Der Abbau kann außerdem das Grundwasser verunreinigen. Die Trinkwassersicherheit vor Ort wird durch den Abbau also gefährdet. Eine Alternative, um Lithium in Batterien zu ersetzen, ist Natrium. Auch daran wird hier im Post-Lithium-Cluster geforscht. Wenn man jetzt auf so eine Umweltbilanz guckt von einer Natrium-Ionen-Batterie und einer Lithium-Ionen-Batterie, was sagst du, wie stehen die da? Das ist natürlich noch etwas früh, weil Natrium-Ionen-Batterien grade dabei sind, kommerziell zu werden. Aber grundsätzlich hat eine Natrium-Ionen-Batterie das Potenzial, da deutlich vorteilhafter zu sein gegenüber einer Lithium-Ionen-Batterie. Denn die Rohstoffe Kobalt und Kupfer, die in einer Lithium-Ionen-Batterie sind, braucht man für Natrium-Ionen-Batterien nicht. Der Abbau von Kobalt und Kupfer ist problematisch für Mensch und Umwelt. Laut Post-Lithium-Cluster soll Natrium um das 500-fache verfügbarer sein als Lithium. Auch laut Frauenhofer Institut ist Natrium wesentlich leichter abzubauen als Lithium, da Natrium im Gegensatz zu Lithium auch in Deutschland vorkommt. In den Schlagzeilen liest man immer wieder von Superbatterien, die für 1.000 Kilometer Reichweite mit dem E-Auto sorgen sollen, oder in zehn Minuten voll geladen sein sollen. (Belebte Musik) Alles, was man in letzter Zeit gehört hat, in zehn Minuten laden, 400 Kilometer, 1.000 Kilometer, das sind Lithium-Ionen-Batterien. 2008 kam das erste E-Auto mit Lithium-Ionen-Batterie auf den Markt. Lithium-Ionen-Batterien sind noch immer der Standard in E-Autos. (Dynamische Musik) Kann eine Natrium-Ionen-Batterie die gleiche Leistung erbringen wie eine Lithium-Ionen-Batterie? Das schnelle Laden, da hätte die Natrium-Ionen-Batterie potenziell Vorteile. Was die Energiedichte anbelangt, sind Natrium-Ionen-Batterien schon geringer als Lithium-Ionen-Batterien. (off:) Natrium-Ionen-Batterien sind im Verhältnis aktuell noch weniger leistungsstark als Lithium-Ionen-Batterien. Laut einer wissenschaftlichen Veröffentlichung in der Forschungszeitschrift "Journal of Power Sources" von 2021 haben Natrium-Ionen-Batterien aktuell eine um etwa ein Drittel geringere Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien. (Sanfte Musik) In China gibt es aktuell erste Prototypen von E-Autos mit Natrium-Ionen-Batterien. Doch aufgrund der geringeren Energiedichte würden sich Natrium-Ionen-Batterien eher für Energiespeicher für zum Beispiel Solaranlagen eignen. Für Verbraucher sind E-Autos oder Heimspeicher mit Natrium-Ionen- Batterien noch nicht verfügbar. Momentan sind Lithium-Ionen-Batterien also der Standard. Man hat am Anfang daraufgesetzt und setzt immer noch darauf. Ist eine Lithium-Ionen-Batterien so toll? Die hat Charakteristika, die aktuell nicht zu ersetzen sind. Das ist der Goldstandard, das wird es die nächsten zehn Jahre sein, was Energiedichte angeht. (off:) Viel Energie auf wenig Volumen. Das können aktuell nur Lithium-Ionen-Batterien. Um Lithium und die weiteren kritischen Rohstoffe zu schonen, ist es umso wichtiger, die Batterien so lange wie möglich zu nutzen. Second Life, ein zweites Leben, ist das Stichwort. Wie ausrangierte E-Auto-Batterien, die alle aus Lithium bestehen, ein zweites Leben als Speicher für Solarstrom bekommen, das schau ich mir jetzt bei der Firma Voltfang in Aachen an. Hier lagern wir die Elektroautobatterien, die wir bekommen. - Wow! Okay. So sieht eine Elektroautobatterie aus, wenn sie aus dem Auto rauskommt? Genau, also wir arbeiten direkt mit den Elektroautoherstellern zusammen. Was man hier sieht, das sind direkt Batteriemodule, die aus dem Auto kommen. Wir verwenden hier die einzelnen Module zu stationären Energiespeichern wieder. (off:) Aus E-Auto-Batterien wird eine Batterie, die an eine Solaranlage angeschlossen wird, um Sonnenenergie zu speichern. (on:) Die sind ausgebaut worden, weil sie nicht mehr die Leistung bringen? Was wir hier sehen, ist viel aus Prototypen-Flotten, die nicht mehr weiterverwendet werden dürfen. Oder tatsächlich Überproduktion von Batterien. Wir bereiten uns aber jetzt schon drauf vor, dass später immer mehr Batterien aus dem First Life kommen, nicht mehr verwendet werden, weil sie 80 Prozent Restkapazität haben, was ein Grund ist für einen Austausch. Sind die Batteriemodule angekommen, werden sie auf ihre Funktion überprüft. Wir schauen uns jede einzelne Zelle an, schauen uns die Restkapazität an, schauen, dass sie nicht beschädigt ist. Dann bauen wir zwei Stück davon, das sieht man hier, zwei der Batteriemodule in einen Einschub ein. Die fertigen Einschübe mit den Modulen kommen in einen Speicherschrank. Passiert mit diesen Dingern was? Du hast vorhin gesagt, 80 Prozent Leistung könnten die noch haben, also könnt ihr die Leistung noch mal steigern oder bleibt das bei 80 Prozent? Tatsächlich verwenden wir sogar noch weniger von den Batterien. Im Vergleich zu stationären Batterien sind die aus der Automobilbranche ziemlich overengineered. Die sind deutlich energiedichter und könnten mehr Leistung abgeben. Wenn wir die komplette Restkapazität und Restleistung verwenden würden, würden die recht schnell altern. Deshalb verwenden wir weniger von der Restkapazität und weniger Leistung davon, bauen dafür mehr Module ein. (off:) Die Lebenszeit der Batteriemodule wird verlängert, indem man die Leistung der einzelnen Batterien drosselt. (Sanfte Musik) Jetzt sehen wir hier einen Testaufbau von unserem Speicher. Das ist eine Schrankeinheit bei uns, die hat 33 Kilowattstunden. Das ist im Vergleich so ungefähr die Größe von vier Heimspeichern. Ein Heimspeicher, der den erzeugten Strom aus der eigenen Fotovoltaikanlage speichert, hat eine Kapazität von acht bis zehn Kilowattstunden. Allerdings vertreibt Voltfang solche Heimspeicher nicht, sondern nur diese leistungsstarken, großen Speicherschränke mit 33 Kilowattstunden. Und die werden ausschließlich an Großkunden aus Industrie und Handel vertrieben. (Belebte Musik) Wie sieht da die Zukunft aus? Denkst du, dass euer Modell quasi bald immer gemacht wird von vielen? Also wir hoffen's tatsächlich. An sich löst das das Problem der Elektromobilität, mit den "nicht so nachhaltigen" Batterien. Auf der anderen Seite, könnte es die Energiewende beschleunigen, weil wir eine günstigere, nachhaltigere Lösung anbieten. Es werden viele Batterien zurückkommen, weil die Elektromobilität richtig angefahren ist, dass wir nicht die Einzigen sind, die eine Lösung anbieten. (off:) An Second-Life-Systemen von E-Auto-Batterien wird weltweit gearbeitet. Wie der Stromspeicher aus ausrangierten E-Auto-Batterien beim Kunden funktioniert, das zeigt mir Ben. (Belebte Musik) Guck mal, es blinkt. Das ist neu, das war vorher nicht so. Genau, jetzt sind sie an. - Sie werden gerade geladen? Die werden geladen, beziehungsweise sind in Betrieb. Wir haben eigentlich ganz gutes Wetter. Die Solarmodule speisen ein. Wie viel kann man speichern in den zwei Modulen? Das sind 66 Kilowattstunden. Mit diesem Stromspeicher kann sich der Bosselbacher-Hof in der Nähe von Düren in Nordrhein-Westfalen an sonnigen Tagen fast zu 100 Prozent selbst versorgen - am Tag und in der Nacht. Wie lange hält das? Wie lange braucht's, bis die Module nicht mehr benutzbar sind? Man kann ungefähr zehn Jahre sagen. Und dann müssen sie endgültig recycelt werden, oder könnt ihr die noch mal verwenden? Das ist die Garantie, die wir geben, muss man dazu sagen. Und theoretisch, wenn die Batterien weiter entspannt sind, kann man die auch noch weiterbenutzen. Laut dem Österreichischen Umweltbundesamt können Batterien auch ein drittes Mal zum Einsatz kommen, wenn erster und zweiter Nutzen insgesamt rund 15 Jahre andauern. Erst dann müssten Batterien dem Recycling zugeführt werden, indem sie geschreddert und die Rohstoffe zurückgewonnen werden. Auch für Verbraucherinnen und Verbraucher gibt es nützliche Tipps im Umgang mit Batterien und Akkus. Um unsere Akkus im Handy, Laptop oder E-Bike zu schonen, sollten diese Geräte am besten zwischen zehn und 20 Grad gelagert werden. Der Akku sollte ab 20 Prozent ans Ladekabel, und bei maximal 80 Prozent wieder vom Kabel genommen werden. Geht man davon aus, dass das Gerät jeden Tag geladen wird, könnte man die Lebensdauer so um fast ein Jahr verlängern. (Dynamische Musik) Akkus sind in jedem Fall nachhaltiger als Batterien. Im besten Fall sollte das Gerät nicht nur mit einem Akku betrieben werden können, sondern auch mit einem Netzteil. Beim Kauf sollte man auch darauf achten, dass man den Akku leicht austauschen kann. Dass die Hersteller das gewährleisten müssen, dafür will die neue EU-Batterieverordnung ab 2027 sorgen. Beim Thema Akku tut sich viel, ob in der Forschung und Entwicklung nachhaltigerer Alternativen oder beim Recycling. Beides ist notwendig, denn bei der Energie- und Verkehrswende kommen wir an Akkus nicht vorbei. SWR 2023