In einer modernen Gesellschaft wie unserer ist die kontinuierliche Versorgung mit Strom meist kein Problem. Vielmehr erwarten wir, dass unser Smartphone allzeit bereit ist und dass wir nachts nicht im Dunkeln stehen. Ist mal keine Steckdose parat, nutzen wir Batterien und Akkus. Zur Deckung des Energiebedarfs sind Batterien im Vergleich zum Strombezug aus der Steckdose deutlich teurer. Für die gleiche Menge Energie zahlen wir bei einer handelsüblichen AA-Batterie das 300fache des normalen Haushaltsstrompreises. Warum sind also gerade Batterien als Lösung für die Energiewende im Bereich der Stromspeicher und Elektromobilität so gefragt?

Ohne Speicher keine Energiewende

Solar- und Windenergie sind vom Wetter abhängig. In der Nacht und bei Windstille gibt es keinen Strom. Auf lange Sicht soll unser Strombedarf allerdings nicht mehr durch fossile Brennstoffe, sondern durch erneuerbare Energien wie Solar- und Windstrom gedeckt werden. Um diesen jederzeit verfügbar zu machen, brauchen wir effiziente Speichertechnologien – und davon eine Menge. Ohne Akkus ist die Energiewende nicht machbar.

Keine Emission – keine Benzin- oder Dieselfahrzeuge mehr

Auch eine Verkehrswende im Sinne der Emissionsreduktion funktioniert nur mit anderen Antriebskonzepten. Verbrennungsmotoren müssen ersetzt werden. E-Autos sind in diesem Fall die gängigste Alternative. Während der Nutzung erzeugen sie keinerlei Abgase, was aber nicht heißt, dass sie komplett emissionsfrei sind. Auch in ihre Produktion wird Energie gesteckt. Die Bereitstellung dieser Energie erzeugt ebenfalls CO2-Emissionen, die sich negativ auf den ökologischen Fußabdruck von Akkus auswirken. Dies gilt für Batterien in E-Autos ebenso wie für Solarspeicher. Die entscheidende Frage lautet in beiden Fällen: Wieviel CO2 erzeugt die Herstellung einer modernen Lithium-Ionen-Zelle?

Wie misst man die CO2-Bilanz der Produktion eines Lithium-Ionen-Speichers?

Inzwischen gibt es eine Reihe unterschiedlicher Studien, die sich mit der Frage der ökologischen Bilanzierung von Stromspeichern, hauptsächlich im Bereich der E-Mobilität beschäftigt haben. Oft wird hierbei die Ökobilanz von vergleichbaren Fahrzeugen mit unterschiedlichen Antriebskonzepten verglichen. Dazu gehört auch das Laden mit Strom aus dem Netz. Für Solarspeicher ist allerdings nur die Bilanz der Herstellung des Akkus selbst von Belang, da der Speicher beim Betrieb mit einer PV-Anlage ohnehin mit CO2-neutralem Solarstrom betrieben wird. Im laufenden Betrieb ist ein Solarspeicher also CO2-neutral. Erst die Entsorgung und das Recycling schlagen energiebilanziell wieder negativ zu Buche.

Die Berechnung der CO2-Bilanz einer Solarbatterie ist relativ schwierig. Das Institut für Energie- und Umweltschforschung Heidelberg (IFEU) hat hierfür einen Schätzwert berechnet. Laut diesem setzt die Produktion von 1 kWh Speicherkapazität 125 kg CO2 frei. Das Institut geht davon aus, dass dieser Wert durch technischen Fortschritt eher sinken wird. Eine andere Studie beschäftigte sich mit der CO2-Bilanz von Elektroautos im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Danach sind allein 17g des CO2-Ausstoßes pro km der Produktion der Batterie zuzurechnen.

Lithium-Ionen-Zellen sind relativ schlechte Energiespeicher

Das Problem bei der Berechnung sind die zahlreichen Faktoren, die Einfluss auf den ökologischen Fußbabdruck von Akkus haben. So setzt sich eine moderne Lithium-Ionen-Zelle aus einer Reihe unterschiedlicher Rohstoffe zusammen, die alle in mehr oder weniger aufwendigen Verfahren abgebaut und aufbereitet werden müssen. Je nach Herkunft und Produktionsbedingungen erzeugt dies unterschiedlich viel CO2. Was sich zweifelsfrei berechnen lässt, ist die Energie, die in die Produktion einer Speichertechnologie investiert werden muss. Forscher der Stanford University haben dies getan und auf dieser Grundlage den sogenannten ESOI-Wert eingeführt. Er gibt an, wie viel mal mehr Energie eine Speichertechnologie in ihrer Lebenszeit zur Verfügung stellen kann, als für ihre Produktion investiert wurde. Je höher der ESOI-Wert, desto effizienter ist ein Energiespeicher. Demnach kann eine Lithium-Ionen-Zelle über ihre Lebenszeit zehn mal so viel Energie bereitstellen, als für ihre Produktion aufgewendet werden musste. Der Wert ist okay, aber nicht herausragend. Zum Vergleich: Ein Pumpspeicherkraftwerk kann 210 Mal mehr Energie zur Verfügung stellen, als für seinen Bau und für seinen Betrieb benötigt wird.

Das beste, was man tun kann: Nur hochwertige und langlebige Akkus kaufen

LithiumDreieck

Verglichen mit anderen Speichertechnologien wird für die Produktion einer Lithium-Ionen-Batterie also eine vergleichsweise hohe Menge Energie benötigt. Für die CO2-Bilanz lautet die entscheidende Frage, wie die hierfür benötigte Energie zur Verfügung gestellt wird. Verlässlich kann man dies nicht sagen, aber die typischen Abbauregionen der Rohstoffe, die in einer Li-Ion-Zelle verbaut werden, lassen bereits vorsichtige Rückschlüsse zu. Das Lithium, das als Elektrolyt im Akku dient, stammt zu einem großen Teil aus Südamerika. Die größten Abbauländer sind Bolivien, Argentinien und Chile. Aufgrund der hohen Vorkommen nennt man die Region auch das Lithium-Dreieck. Hier wird das Lithium in teilweise abgelegenen Gebieten geborgen und dann über weite Wege zur Produktionsstelle geliefert. Ohne CO2-Ausstoß durch Maschinen und schwere Fahrzeuge geht hier gar nichts. Um den ökologischen Fußabdruck einer Lithium-Ionen-Zelle zu verbessern, muss die Produktion effizienter werden: Sparsame Antriebe spielen hier eine große Rolle.

Wirklich Einfluss hat man als Verbraucher auf die CO2-Bilanz einer Batterie nicht. Aber man kann sich anders behelfen. Denn je länger eine Lithium-Ionen-Batterie genutzt wird, desto besser wird ihr ESOI-Wert. Wer beim Kauf eines Solarspeichers auf hohe Qualität achtet, tut nicht nur etwas für seinen eigenen Geldbeutel, sondern auch für die Umwelt.

Im nächsten Teil geht es um die Umweltbelastungen, die beim Abbau der Rohstoffe für Solarbatterien anfallen. Außerdem beschäftigen wir uns mit dem Recycling alter Akkuzellen.