Ressourcen

Frei von China: Europa sucht nachhaltige Batterien

Das „Battery Materials“-Lab am AIT.
Das „Battery Materials“-Lab am AIT.AIT
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Die Europäische Union versucht, sich von der chinesischen Dominanz bei Batterien zu lösen. Keine leichte Aufgabe, kommen doch 97 Prozent des Lithiums, das wir nutzen, aus Fernost. Ein Forschungsprojekt des AIT sucht nachhaltige Methoden und Materialien.

Die „Chengyu“ sind traditionelle chinesische Sprichwörter, die meistens aus vier Schriftzeichen bestehen. Eines lautet: Im Brunnen sitzen und den Himmel betrachten. Frei ausgelegt hilft der vermeintliche Weitblick hier nicht über den mangelnden Handlungsspielraum hinweg. Oder, wie es EU-Kommissionspräsidentin Ursula von der Leyen im Hinblick auf die Zukunft der europäischen Batteriewirtschaft Anfang des Jahres formulierte: „97 Prozent des Lithiums, das wir nutzen, kommt aus China. Wir sind komplett abhängig von China.“ Bei aller Erkenntnis mangelt es aber noch an Alternativen für die europäische Batterieproduktion. Schon 2017 hat die EU deshalb eine Batterieallianz gegründet, der mittlerweile über 700 Partner angehören. Das Ziel ist, Europa mit umweltfreundlichen Batterien zu versorgen und gleichzeitig einen Anteil am weltweiten Batteriemarkt zu gewinnen.

Auch ein Forschungsprojekt unter Leitung des Austrian Institute of Technology (AIT) macht sich jetzt auf den Weg, einige mögliche Alternativen auszukundschaften. „Es geht darum, wie wir Ressourcen aus Europa nachhaltig in die Lieferkette von Batteriematerial integrieren“, sagt Wissenschaftler Damian Cupid, Leiter des Projekts „Streams“.

Für das bessere Verständnis kann man sich dazu kurz in Erinnerung rufen, wie eine Batterie grundsätzlich funktioniert. Innerhalb eines Batteriegehäuses gibt es zwei unterschiedlich geladene Pole, die negative Anode und die positive Kathode, sowie ein Trägermedium, das sogenannte Elektrolyt, das geladene Ionen zwischen den beiden Polen transportiert. Schließt man ein elektrisches Gerät an diesen Ionenkreislauf an, bezieht es daraus Energie. Das gilt für die elektrische Zahnbürste gleichermaßen wie für einen Tesla.

Restposten für neue Batterien

Viele Rohstoffe, die derzeit für Kathode und Anode wichtig sind, werden in Ländern außerhalb der EU abgebaut oder verarbeitet. Lithium, Silizium und Grafit in China, Mangan in Südafrika und Kobalt in der Demokratischen Republik Kongo. Zumindest bisher: „In der Türkei fallen Bergbaurückstände an, und diese enthalten Kobalt, Nickel und Mangan“, sagt Batterieforscher Cupid. „Die Idee ist, diese Rohstoffe zu extrahieren, um damit das Kathodenmaterial herzustellen.“ Dafür ist das türkische Unternehmen Eti Gübre Teil des Projekts.

Damian Cupid.
Damian Cupid.AIT

Was die Anodenseite betrifft, setzen die Forschenden auf Recycling von Silizium: „Silizium wird zunehmend als wichtige Komponente in der Batterie gesehen, weil es die Kapazitäten der Anode erhöhen kann“, so Cupid. „Das Silizium von Fotovoltaikanlagen (PV; Anm.) muss eine Reinheit von 99,9999 Prozent haben. Es wäre wirklich schade, es am Ende des Lebenszyklus einfach wegzuschmeißen.“ Sein Team will also den PV-Abfall wiederverwenden. Die Schwierigkeit liegt bisher darin, dass die Siliziumpartikel von Stahl oder von Kunststoffen umgeben sind. Sie müssen getrennt, gereinigt, und dann für die Batterieproduktion aufbereiten werden. Ein Verfahren, das in „Streams“ untersucht wird. Darüber soll auch die Rohstoffgewinnung aus alten Lithium-Ionen-Akkus betrachtet werden.

Grafit in der „Schwarzen Masse“

Wenn die Batterien von Elektroautos nach fünf Jahren ihr offizielles Lebensende erreicht haben, können diese zerlegt und geschreddert werden. Übrig bleibt die sogenannte Schwarze Masse, die zugleich Kathoden- als auch Anodenmaterial enthält. Cupid interessiert das Grafit in der Schwarzen Masse, das in der Anode einer Batterie quasi als Lagerhaus für Ionen dient: „Die Idee dahinter ist, dass wir natürliches Grafit mit dem Grafit aus der Schwarzen Masse mischen, Silizium aus dem fotovoltaischen Abfall hinzugeben und dadurch ein neues Anodenmaterial entwickeln.“

Schlussendlich geht es auch um die Frage, welche Verfahren am umweltschonendsten sind. Das Forschungsprojekt läuft noch bis Ende 2026, in einem Nachfolgeprojekt könnten die erforschten Technologien dann in Pilotlinien umgesetzt werden. Oder, um es mit einem chinesischen Sprichwort zu sagen: Tausend Meilen beginnen mit einem Schritt.

Lexikon

Europäische Batterieallianz: Ihre Abhängigkeit im Batteriesektor beschäftigt die EU schon lange. 2017 hat sie daher die „Europäische Batteriallianz“ gegründet, der mittlerweile über 700 Partner aus Industrie und Innovation angehören. Das Ziel ist, Europa mit umweltfreundlichen Batterien zu versorgen und gleichzeitig einen Anteil am weltweiten Batteriemarkt zu gewinnen. Bis zum Jahr 2030 sollen dafür 382 Milliarden Euro investiert werden. Dazu gehört auch der Bau sogenannter „Gigafabriken“, die Lithium-Ionen-Batterien herstellen.

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