Eine neue schwedische Studie hat die gesamten CO2-Emissionen der Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkus vom Abbau der Rohstoffe bis zum finalen Einbau ins Getriebe eines Elektromobils im Sinne einer Life-Cycle-Analyse untersucht. Die Ergebnisse regen zum Denken an.
Wenn ein neues Elektroauto mit Tachostand null Kilometer in den Verkauf geht, hat der darin eingebaute Lithium-Ionen-Akku schon eine weite Reise hinter sich. Exakt dieser Reise widmet sich die im Mai 2017 erschienene «Schweden-Studie». Das nationale Umweltforschungsinstituts (IVL) untersucht darin im Auftrag des schwedischen Transportministeriums (Trafikverket) und der Swedish Energy Agency den ökologischen Fussabdruck der Batterie, ehe sie ihren Betrieb aufnimmt.
Die Erhebung liefert detaillierte Erkenntnisse zu sämtlichen Fertigungsschritten der Akkus. Im Fokus steht die Frage, welche Emissionen bei der Gewinnung und Aufbereitung von Rohstoffen sowie bei der Produktion von heute in der Elektromobilität verwendeten Lithium-Ionen-Batterien anfallen. Nicht erfasst von der Studie wird der CO2-Ausstoss, der während der Nutzungsdauer des Elektrofahrzeugs etwa zur Stromerzeugung in den Kraftwerken produziert wird. Auch nicht Thema der schwedischen Forschungsarbeit sind CO2-Emissionen, die im Zusammenhang mit der Produktion des restlichen Fahrzeugs freigesetzt werden. Sie fokussiert ausschliesslich auf den Akku. Nach Angaben der im Projekt involvierten Wissenschaftler sind in das umfassende Projekt Erkenntnisse aus nicht weniger als 40 internationalen Studien geflossen.
Komplexe Elektronik zur Batterieherstellung setzt hohe Emissionen frei
Die Ergebnisse lassen sich grob in zwei Kategorien unterteilen. Zum einen werden die kurzfristigen Belastungen für die Umwelt im Zusammenhang mit der Batterieproduktion schonungslos aufgedeckt. In einem zweiten Teil widmen sich die Wissenschaftler möglichen Perspektiven und Optionen, wie die CO2-Emissionen bei der Produktion von Lithium-Ionen-Akkus künftig möglicherweise zu reduzieren sind.
Zentrale Aussagekraft hat eine Zahl im ersten Teil: Die schwedischen Experten weisen mit ihren Berechnungen nach, dass die Produktion einer einzigen Lithium-Ionen-Batterie CO2-Emissionen von 150 bis 200 Kilogramm pro Kilowattstunde freisetzt. Rechnet man dies hoch auf die Batteriekapazitäten von Elektroautos, ergibt dies zum Beispiel für das Tesla Model S (86 kWh) einen CO2-Emissionswert von rund 17 Tonnen, allein für die Batterieproduktion. Beim weltweit am meisten verkauften Elektroauto, dem Nissan Leaf mit seinem viel kleineren Akku (24 kWh) sind es demnach 5 Tonnen CO2.
Die Studie hat weiter untersucht, wie sich die freigesetzten CO2-Emissionen anteilsmässig auf die verschiedenen Herstellungsphasen der Batterie verteilen. Grob gesagt fällt je die Hälfte des Ausstosses auf sämtliche Prozesse von der Förderung und Raffinierung etc. bis zum Transport in die Fabriken sowie auf die manufakturelle Produktion selbst. Ein hoher Anteil am CO2-Ausstoss geht auf die sehr aufwendigen und vielfältigen elektronischen Komponenten zurück, die zur Batterieherstellung eingesetzt werden müssen.
Untersucht wurde auch die Frage, ob sich die Emissionswerte in Relation zu steigendem Gewicht und kWh-Leistungskraft einer produzierten Lithium-Ionen-Batterie verändern. Obschon die Datenlage dazu eher dünn ist, haben die schwedischen Forscher eine solche lineare Entwicklung mehr oder weniger nachweisen können.
Recycling-Potenzial noch sehr schwach entwickelt
Als wirkungsvollste Massnahme zur kurzfristigen Reduktion der Umweltbelastung in der Batterieherstellung für die Elektromobilität verweisen die schwedischen Forscher auf effizientere Produktionsprozesse in den Fabriken. Viel zu gewinnen wäre etwa mit der Verwendung von Elektronik mit geringerer CO2-Emission. Längerfristig seien bessere chemische Zusammensetzungen des zur Produktion verwendeten Wassers ein probates Mittel zu einer günstigeren Energiebilanz.
Ferner beschäftigt sich der zweite Teil der Studie mit den aktuellen respektive zukünftigen Möglichkeiten des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien. Stand heute gebe es keinen «Second Life Market» für die Batterien, was ihrer Umweltbilanz ebenfalls nicht förderlich ist. Wörtlich schreiben die Forscher in ihrem Fazit: «Das wird sich in der voraussehbaren Zukunft auch nicht ändern, es sei denn, markante Entwicklungen und Fortschritte können dies bewirken.»