China ist mit über 5,5 Millionen verkauften Fahrzeugen (Stand: März 2021) der weltweit größte Markt für Elektrofahrzeuge. Das ist in vielerlei Hinsicht positiv. China hat die meisten Autos weltweit, und diese ersetzen schädliche Treibhausgase. Doch auch diese Fahrzeuge werfen Fragen der Nachhaltigkeit auf. Es gibt Bedenken hinsichtlich der Umweltschäden durch den Abbau von Elementen wie Lithium und Kobalt. Hinzu kommt das wachsende Abfallproblem. China beginnt, sich dieser Problematik frühzeitig bewusst zu werden.
Im Jahr 2020 wurden 200.000 Tonnen Batterien außer Betrieb genommen, und es wird erwartet, dass diese Zahl bis 2025 auf 780.000 Tonnen ansteigen wird. Schauen Sie sich Chinas drohendes Problem mit Elektrofahrzeugbatterien an und was der weltweit größte Markt für Elektrofahrzeuge dagegen unternimmt.
Fast alle chinesischenElektrofahrzeuge werden von Lithium-Ionen-Batterien angetrieben. Dank ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Energiedichte und ihrer langen Lebensdauer sind sie die erste Wahl für Elektroautos. Batterien haben drei Hauptmerkmale:Komponenten und Anode, eine Kathode und ein Elektrolyt.Die Kathode ist also das teuerste und wichtigste Bauteil. Wir unterscheiden diese Batterien hauptsächlich anhand ihrer Kathoden.Um nicht zu sehr ins Detail zu gehen, aber die meisten chinesischen Elektrofahrzeugbatterien haben Kathoden aus Lithium-, Nickel-, Mangan- oder Kobaltoxiden, im Folgenden als MCS (Multi-Cobalt-Silicon-Silicon) bezeichnet. Diese Batterien werden ausgetauscht, sobald ihre Kapazität etwa 80 % erreicht hat, was einer Lebensdauer von etwa 8 bis 10 Jahren entspricht. Dies hängt natürlich von verschiedenen Faktoren wie Ladehäufigkeit, Fahrgewohnheiten und Straßenverhältnissen ab.
Ich dachte, das könnte Sie interessieren. Mit der ersten großen Welle von ElektrofahrzeugenDa die Elektrofahrzeuge voraussichtlich zwischen 2010 und 2011 auf den Markt kommen würden, musste die Infrastruktur für die Sammlung und Verarbeitung dieser Batterien bis zum Ende des Jahrzehnts fertiggestellt sein. Dies war die Herausforderung und der Zeitplan, mit dem sich die chinesische Regierung auseinandersetzen musste. Nach den Olympischen Spielen in Peking begann die chinesische Regierung, die Herstellung und Nutzung von Elektrofahrzeugen in der Öffentlichkeit zu fördern. Zu diesem Zeitpunkt beschränkten sich die erlassenen Vorschriften auf die Sicherheitsstandards der Branche, da viele Batteriekomponenten hochgiftig sind. Anfang der 2010er-Jahre stieg die Verbreitung von Elektrofahrzeugen rasant an, und damit einher ging ein ebenso schnell wachsender Bedarf an Lösungen zur Entsorgung ihrer Abfälle.
Im Jahr 2012, die government veröffentlichte erstmals eine Leitlinie für die gesamte Elektrofahrzeugindustrie; die Leitlinie betonte unter anderem die Notwendigkeit vonEs geht um ein funktionierendes Recyclingsystem für Elektroautobatterien. Im Jahr 2016 schlossen sich mehrere Ministerien zusammen, um eine einheitliche Strategie für das Problem der Elektroautobatterien zu entwickeln. Die Hersteller von Elektrofahrzeugen wären für die Rückgewinnung der Batterien ihrer Fahrzeuge verantwortlich. Sie müssten entweder eigene Kundendienstnetze aufbauen oder die Entsorgung der Altbatterien an Dritte vergeben.
Die chinesische Regierung neigt dazu, zunächst eine Richtlinie oder Richtung vorzugeben, bevor sie später konkretere Regeln festlegt. Die Erklärung von 2016 signalisierte den Herstellern von Elektrofahrzeugen, dass sie in den kommenden Jahren mit weiteren Entwicklungen rechnen sollten. So wurde 2018 zügig der politische Rahmen unter dem Titel „Übergangsmaßnahmen für das Recycling und die Nutzung von Antriebsbatterien für Fahrzeuge mit alternativen Antrieben“ veröffentlicht. Es stellt sich die Frage, ob damit auch Hybridfahrzeuge gemeint sind. Die zuständige Behörde ist das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie (MIIT).
Es hat versprochen, zurückzuIm Jahr 2016 legte der Rahmen die Verantwortung für dieses Problem weitgehend privaten Unternehmen wie den Herstellern von Elektrofahrzeugen und Elektrofahrzeugbatterien zu. Die Regierung wird darüber entscheiden.Sie werden einige technische Aspekte des Vorhabens verstehen, aber es nicht selbst umsetzen. Dieses Rahmenwerk basiert auf einer allgemeinen Governance-Politik, die China eingeführt hat: der erweiterten Herstellerverantwortung (EPR). Der Grundgedanke ist, die Verantwortung von den lokalen und regionalen Regierungen auf die Produzenten selbst zu verlagern.
Die chinesische Regierung hat die erweiterte Herstellerverantwortung (EPR) eingeführt, die meines Wissens Anfang der 2000er-Jahre aus der westlichen Wissenschaft stammt. Dies geschah als Reaktion auf EU-Richtlinien zum wachsenden Problem des Elektroschrotts. Es erscheint einleuchtend, dass die Regierung für die Entsorgung dieses Elektroschrotts zuständig ist. Die Herstellerunternehmen werden keinen Anreiz haben, ihre Produkte recyclingfreundlicher zu gestalten. Daher müssen im Sinne der EPR alle Hersteller von Elektrofahrzeugbatterien Batterien entwickeln, die sich leicht zerlegen lassen, und ihren Kunden technische Informationen sowie Details zum Lebensende bereitstellen.Die Hersteller von Elektrofahrzeugen sollen ihrerseits entweder eigene Sammel- und Recyclingnetze für Batterien aufbauen und betreiben oder diese an Dritte auslagern. Die Regierung wird bei der Festlegung nationaler Standards helfen, um den Prozess zu vereinfachen. Der Rahmen erscheint auf den ersten Blick vielversprechend, weist aber einige deutliche Schwächen auf.
Nachdem wir nun die Geschichte und die Richtlinien kennen, können wir uns mit einigen technischen Details zum Recycling von Elektrofahrzeugbatterien befassen. Ausgemusterte Batterien gelangen über zwei Wege in den Kreislauf: zum einen durch einen Batteriewechsel, zum anderen durch Fahrzeuge am Ende ihrer Lebensdauer. Bei letzteren befindet sich die Batterie noch im Fahrzeug und wird im Rahmen der Demontage ausgebaut. Dieser Prozess ist nach wie vor sehr aufwendig, insbesondere in China. Anschließend folgt die sogenannte Vorbehandlung. Die Batteriezellen müssen aus dem Akkupack entnommen und geöffnet werden, was eine Herausforderung darstellt, da es kein standardisiertes Batteriepack-Design gibt. Daher muss dies manuell mit Spezialwerkzeugen erfolgen.
Sobald die Batterie entfernt istd, was passiert next hängt vom Typ der Lithium-Ionen-Batterie im Auto ab. Beginnen wir mit der NMC-Batterie, die in China am weitesten verbreitet ist. Vier NMC-Batterien werden recycelt, wobei die Kathodenmaterialien zurückgewonnen werden sollen. Wirtschaftliche Analysen aus dem Jahr 2019 schätzen, dass diese, obwohl sie nur 4 % des Batteriegewichts ausmachen, über 60 % des gesamten Restwerts der Batterie ausmachen. Die Recyclingtechnologien für NMC-Batterien sind relativ ausgereift. Sony leistete 1999 Pionierarbeit. Es gibt zwei Hauptverfahren: die pyrometallurgische und die hydrometallurgische Methode. Beginnen wir mit der pyrometallurgischen Methode. Pyro bedeutet Feuer. Die Batterie wird zu einer Legierung aus Eisen, Kupfer, Kobalt und Nickel eingeschmolzen.
Die wertvollen Bestandteile werden anschließend mittels hydrometallurgischer Verfahren gewonnen. Pyrochemische Verfahren verbrennen Elektrolyte, Kunststoffe und Lithiumsalze. Daher lässt sich nicht alles zurückgewinnen. Dabei werden giftige Gase freigesetzt, die aufbereitet werden müssen, und das Verfahren ist recht energieintensiv, hat sich aber in der Industrie weit verbreitet. Hydrometallurgische Verfahren nutzen ein wässriges Lösungsmittel, um die gewünschten Materialien durch Kobalt aus der Verbindung zu trennen. Die am häufigsten verwendeten Lösungsmittel sind Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid, es gibt aber auch viele andere. Keines dieser Verfahren ist ideal, und weitere Forschung ist erforderlich, um ihre technischen Schwächen zu beheben. Lithium-Eisenphosphat-Batterien machten 2019 etwa 30 % des chinesischen Marktes für Elektrofahrzeuge aus. Die Energiedichte dieser Batterien ist zwar nicht so hoch wie die ihrer NMC-Pendants, sie sind aber frei von Elementen wie Nickel und Kobalt. Sie sind wahrscheinlich auch sicherer.
China ist auch weltweit führendEin chinesisches Unternehmen, Contemporary Ampere Technology, ist führend in der Wissenschaft und Kommerzialisierung von Lithium-Eisenphosphat-Batterietechnologien und gehört zu den Herstellern in diesem Bereich. Es wäre daher naheliegend, dass die chinesische Industrie diese Zellen auch recyceln kann. Allerdings hat sich das Recycling als technisch schwieriger erwiesen als erwartet. Dies liegt unter anderem an der größeren Materialvielfalt, die eine zusätzliche, kostspielige Vorbehandlung erfordert.und dann wirtschaftlich LithiumEisenphosphat-Batterien enthalten nicht die gleichen wertvollen Metalle wie NMC-Batterien, beispielsweise Nickel, Kupfer oder Kobalt. Dies hat zu einem Investitionsmangel in diesem Nischenmarkt geführt. Es gibt jedoch vielversprechende hydrometallurgische Experimente, bei denen bis zu 85 % des Lithiums in Form von Lithiumcarbonat extrahiert werden konnten.Man spekuliert, dass es etwa 650 Dollar kosten würde.zu verarbeiteneine Tonne verbrauchter Lithium-Eisenphosphat-Batterien. Darin enthalten sind die Energie- und Materialkosten, nicht jedoch die Kosten für den Bau derFabrik. Die potenzielle Rückgewinnung und der Weiterverkauf von Lithium könnten das Recycling wirtschaftlicher machen, doch die Frage ist noch nicht abschließend geklärt. Wurden diese Methoden bereits im kommerziellen Maßstab umgesetzt? Der Rahmenplan von 2018 legt vieles fest, lässt aber einiges zu wünschen übrig. Wie wir alle wissen, läuft im Leben nicht immer alles glatt. Es gibt hier noch einige offene Fragen, daher wollen wir uns mit einigen der noch ungeklärten politischen Aspekte befassen. Das wichtigste statistische Ziel bei der Veröffentlichung bzw. die Rohstoffrückgewinnungsraten: 98 % Nickel, Kobalt, Mangan, 85 % Lithium selbst und 97 % Seltenerdmetalle. Theoretisch ist all dies möglich. Ich habe beispielsweise gerade über die Rückgewinnung von 85 % oder mehr des Lithiums aus Lithium-Eisenphosphat-Batterien gesprochen. Ich habe auch erwähnt, dass es aufgrund von Ineffizienzen und Gegebenheiten vor Ort schwierig sein wird, dieses theoretische Maximum zu erreichen. Denken Sie daran: Batteriezellen können auf vielfältige Weise hergestellt, verpackt, verkauft und verwendet werden. Die Standardisierung, wie wir sie bei zylindrischen Batterien aus dem 7-Eleven kennen, ist noch lange nicht gegeben. Dem politischen Rahmen fehlen konkrete Subventionen und nationale Unterstützung, um dies in die Praxis umzusetzen. Ein weiteres großes Problem ist der wirtschaftspolitische Rahmen, der keine …Es fehlen finanzielle Mittel, um die Sammlung gebrauchter Batterien zu fördern. Zwar gibt es einige Pilotprojekte zur Rücknahme von Batterien auf kommunaler Ebene, aber keine vergleichbaren Programme auf nationaler Ebene. Dies könnte sich ändern, beispielsweise durch eine Abgabe oder Steuer, doch derzeit müssen die Akteure der Privatwirtschaft die Kosten selbst tragen. Das ist problematisch, da es für die großen Hersteller von Elektrofahrzeugen kaum wirtschaftliche Anreize gibt, ihre Batterien zu sammeln und zu recyceln.
Von 2008 bis 2015 sanken die Herstellungskosten für Elektrofahrzeugbatterien von 1000 US-Dollar pro Kilowattstunde auf 268 US-Dollar. Dieser Trend dürfte sich in den nächsten Jahren fortsetzen. Durch die gesunkenen Kosten sind Elektrofahrzeuge zwar erschwinglicher denn je, gleichzeitig ist aber auch der Anreiz zur Sammlung und zum Recycling dieser Batterien gesunken. Da sich die Batterien zudem voneinander unterscheiden, ist es schwierig, die Prozesse für Sammlung, Vorbehandlung und Recycling auszuweiten. Das gesamte Vorhaben wird somit zu einer Kostenfalle für die Hersteller, die ohnehin schon mit geringen Gewinnmargen arbeiten.
Ungeachtet dessen sind die Hersteller von Elektrofahrzeugen gesetzlich verpflichtet, ihre alten, verbrauchten Batterien als Erste zu entsorgen und zu recyceln. Trotz der wirtschaftlichen Unattraktivität des gesamten Vorhabens haben sie sich intensiv um Partnerschaften mit großen Unternehmen bemüht, um offizielle Recyclingkanäle für Batterien einzurichten. Einige große Recyclingunternehmen sind entstanden, darunter Tyson Recycling, Zhejiang Huayou Cobalt, Jiangxi Ganfeng Lithium, Hunan Brunp und Marktführer GEM. Doch trotz der Existenz dieser lizenzierten Großunternehmen besteht der Großteil des chinesischen Recyclingsektors aus kleinen, nicht lizenzierten Werkstätten. Diese informellen Betriebe verfügen weder über die notwendigen Werkzeuge noch über die erforderliche Ausbildung. Sie gehen im Grunde genommen auf …Sie ersteigern diese Batterien wegen ihrer Kathodenmaterialien, verkaufen sie an den Höchstbietenden weiter und entsorgen den Rest. Das stellt natürlich ein enormes Sicherheits- und Umweltrisiko dar. Durch diese Umgehung von Regeln und Vorschriften können diese illegalen Händler Elektrofahrzeugbesitzern mehr für ihre Batterien zahlen und werden daher gegenüber den sogenannten offiziellen Kanälen bevorzugt. So blieb die Recyclingquote für Lithium-Ionen-Batterien in China 2015 mit etwa 2 % recht niedrig. Bis 2019 stieg sie auf 10 %. Das ist zwar besser als nichts, aber noch lange nicht optimal. Und der Rahmenplan von 2018 legt kein Ziel für die Sammelquoten von Batterien fest – eine merkwürdige Auslassung. China kämpft mit diesem Problem auch bei einer anderen Batterieart, der altbewährten Blei-Säure-Batterie, dieser 150 Jahre alten Technologie.Bleiakkumulatoren sind in China weit verbreitet. Sie liefern die Antriebskraft für chinesische Automobile und sind nach wie vor beliebt für E-Bikes. Dies trotz jüngster Vorschriften, die den Austausch gegen Lithium-Ionen-Akkus fördern sollen. Die Recyclingquote für Bleiakkumulatoren in China bleibt jedoch weit hinter den Erwartungen und Standards zurück. 2017 wurden weniger als 30 % der 3,3 Millionen Tonnen Bleiakkumulatoren, die in China anfielen, recycelt. Die Gründe für diese niedrige Recyclingquote ähneln denen bei Lithium-Ionen-Akkus. Informelle Händler umgehen die Vorschriften und können daher deutlich höhere Preise für Verbraucherakkus zahlen. Schon lange ist bekannt, dass Blei nicht gerade umweltfreundlich ist. In China kam es in den letzten Jahren aufgrund dieser unsachgemäßen Handhabung zu mehreren schweren Bleivergiftungen. Die Regierung hat daher kürzlich angekündigt, gegen diese informellen Händler vorzugehen, von denen es schätzungsweise über 200 im ganzen Land gibt. Ziel ist es, im Jahr 2020 eine Recyclingquote von 40 % und im Jahr 2025 von 70 % zu erreichen. Angesichts der Tatsache, dass die Recyclingquote für Blei-Säure-Batterien in Amerika seit mindestens 2014 bei 99 % liegt, dürfte dies nicht allzu schwierig sein.
Unter Berücksichtigung der technischen und ökologischen AspekteAufgrund der wirtschaftlichen Schwierigkeiten beim Recycling von Elektrofahrzeugbatterien sucht die Branche nach Möglichkeiten, diese Batterien sinnvoller zu nutzen, bevor sie endgültig entsorgt werden. Die vielversprechendste Option wäre die Wiederverwendung in Stromnetzprojekten. Schließlich verfügen diese Batterien noch über 80 % ihrer Kapazität und können noch viele Jahre zuverlässig funktionieren. Die USA sind hier Vorreiter und experimentieren seit 2002 mit gebrauchten Autobatterien für stationäre Energiespeicherprojekte. Auch China hat einige interessante Demonstrationsprojekte realisiert. Eines der am längsten laufenden Projekte ist das Wind- und Solarenergieprojekt Zhangbei in der Provinz Hebei. Das 1,3 Milliarden US-Dollar teure Projekt ist ein Gemeinschaftsprojekt des chinesischen Staatsunternehmens State Grid und des Elektrofahrzeugbatterieherstellers BYD und demonstrierte die Machbarkeit des Einsatzes von gebrauchten Elektrofahrzeugbatterien zur Unterstützung und zum Management eines Stromnetzes. In den letzten Jahren sind in Peking und Jiangsu weitere Projekte zum Recycling von Elektrofahrzeugbatterien entstanden. Die Regierung legt großen Wert darauf, doch ich denke, dass dies das Recyclingproblem letztendlich eher hinauszögert als löst. Denn letztendlich landet jede Batterie entweder im Recycling oder auf der Mülldeponie. Die chinesische Regierung hat beim Aufbau dieses florierenden Ökosystems bewundernswerte Arbeit geleistet. Das Land ist unbestritten führend in bestimmten Bereichen der Batterietechnologie, und mehrere große Automobilhersteller haben dort ihren Sitz. Sie haben die Chance, die Autoabgase deutlich zu reduzieren. In gewisser Weise ist das Recyclingproblem also ein Luxusproblem. Es ist ein Zeichen für Chinas Erfolg. Dennoch bleibt das Problem bestehen, und die Industrie zögert, die notwendigen Recyclingnetzwerke, -vorschriften und -technologien aufzubauen.
Die chinesische Regierung kann sich an der US-amerikanischen Politik orientieren, um Anreize für ein angemessenes Recyclingverhalten der Verbraucher zu schaffen und dieses zu fördern. Subventionen sollten nicht nur an produzierende Unternehmen der Vorbehandlungs- und Recyclingtechnologiebranche vergeben werden. Andernfalls werden der Energieverbrauch und die Umweltschäden im Zusammenhang mit der Batterieentsorgung die Vorteile des Umstiegs auf Elektrofahrzeuge bei Weitem überwiegen.
Veröffentlichungsdatum: 01.08.2023