China ist mit über 5,5 Millionen verkauften Elektrofahrzeugen (Stand: März 2021) der weltweit größte Markt. Das ist in vielerlei Hinsicht positiv. China verfügt über die meisten Autos weltweit, und diese reduzieren schädliche Treibhausgase. Allerdings bringen diese Entwicklungen auch Nachhaltigkeitsprobleme mit sich. So bestehen Bedenken hinsichtlich der Umweltschäden durch die Gewinnung von Elementen wie Lithium und Kobalt. Ein weiteres Problem betrifft das bevorstehende Abfallproblem. China ist hier zunehmend am stärksten betroffen.
Im Jahr 2020 wurden 200.000 Tonnen Batterien außer Betrieb genommen und bis 2025 wird diese Zahl voraussichtlich auf 780.000 Tonnen steigen. Sehen Sie sich Chinas drohendes Problem der Elektrofahrzeugbatterieabfälle an und was der weltweit größte Markt für Elektrofahrzeuge dagegen unternimmt.
Fast alle chinesischenElektrofahrzeuge werden mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben. Ihr geringes Gewicht, ihre hohe Energiedichte und ihre lange Lebensdauer machen sie zur ersten Wahl für Elektroautos. Batterien haben drei HauptfunktionenKomponenten und Anode, Kathode und Elektrolyt. Von derDie Kathode ist die teuerste und bedeutendste. Wir unterscheiden diese Batterien hauptsächlich anhand ihrer Kathoden. NUm nicht zu sehr ins Detail zu gehen: Die meisten chinesischen Elektrofahrzeugbatterien haben Kathoden aus Lithium-, Nickel-, Mangan- oder Kobaltoxiden, die hier als MCS bezeichnet werden. Diese Batterien werden ausgemustert, wenn ihre Kapazität etwa 80 % erreicht, was einer Lebensdauer von etwa 8 bis 10 Jahren entspricht. Dies hängt natürlich von bestimmten Faktoren wie Ladehäufigkeit, Fahrgewohnheiten und Straßenbedingungen ab.
Dachte, das würde Sie interessieren. Mit der ersten großen Welle von ElektrofahrzeugenDa die Batterien irgendwann zwischen 2010 und 2011 auf den Markt kommen sollten, musste die Infrastruktur für die Sammlung und Verarbeitung dieser Batterien bis Ende des Jahrzehnts fertiggestellt sein. Diese Herausforderung und der Zeitplan stellten sich für die chinesische Regierung. 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 Vorschriften auf die Sicherheitsstandards der Branche, da viele Batteriekomponenten giftig sind. Anfang 2010 stieg die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und damit auch der Bedarf an einer Entsorgungslösung.
Im Jahr 2012vernment veröffentlichte darin zum ersten Mal einen politischen Leitfaden für die gesamte EV-Industrie. Der Leitfaden betonte unter anderem die Notwendigkeit vonEin funktionierendes Recyclingsystem für Elektrofahrzeugbatterien ist unerlässlich. 2016 schlossen sich mehrere Ministerien zusammen, um eine einheitliche Lösung für das Abfallproblem von Elektrofahrzeugbatterien zu entwickeln. Die Hersteller von Elektrofahrzeugen wären dann für die Rücknahme ihrer Fahrzeugbatterien verantwortlich. Sie müssten eigene Kundendienstnetze aufbauen oder die Abholung der Altbatterien durch Dritte anvertrauen.
Die chinesische Regierung neigt dazu, zunächst eine Politik, eine Leitlinie oder eine Anweisung zu verkünden, bevor sie später konkretere Regeln festlegt. Die Erklärung von 2016 signalisierte den Elektrofahrzeugherstellern, dass sie in den kommenden Jahren mehr in dieser Hinsicht erwarten können. So erschien 2018 zügig der Folgebericht zum politischen Rahmenwerk mit dem Titel „Interimsmaßnahmen für das Recycling und die Nutzung von Akkumulatoren für Elektrofahrzeuge“. Man fragt sich, ob das mit den genannten Maßnahmen gemeint ist. Die Durchsetzungsbehörde ist das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie (MIIT).
Es hat versprochen, zurückIm Jahr 2016 legt der Rahmen die Verantwortung für die Lösung dieses Problems weitgehend auf private Unternehmen wie die Hersteller von Elektrofahrzeugen und Elektrofahrzeugbatterien. Die Regierung wirdSie sehen zwar einige technische Aspekte des Vorhabens, werden es aber nicht selbst umsetzen. Dieser Rahmen baut auf einer allgemeinen Governance-Politik auf, die die Chinesen übernommen haben. Sie wird als erweiterte Produzentenverantwortung (EPR) bezeichnet. Das Grundkonzept besteht darin, die Verantwortung von den lokalen und regionalen Regierungen auf die Produzenten selbst zu verlagern.
Die chinesische Regierung hat die EPR-Regelung eingeführt, die meines Wissens Anfang der 2000er Jahre aus westlichen Wissenschaften hervorgegangen ist. Sie ist eine Reaktion auf EU-Richtlinien zum wachsenden Elektroschrottproblem, und es ist intuitiv verständlich, dass die Regierung stets diejenige ist, die den gesamten Elektroschrott beseitigt. Die Hersteller dieses Abfalls werden nie Anreize erhalten, ihre Produkte leichter recycelbar zu machen. Daher müssen alle Hersteller von Elektrofahrzeugbatterien im Sinne der EPR Batterien entwickeln, die leicht zu zerlegen sind, und ihren Kunden technische Informationen zum Ende der Lebensdauer bereitstellen. Die Hersteller von ElektrofahrzeugbatterienDie Elektrofahrzeughersteller wiederum können entweder eigene Sammel- und Recyclingnetze für Batterien aufbauen und betreiben oder diese an Dritte auslagern. Die Regierung wird bei der Festlegung nationaler Standards zur Optimierung des Prozesses helfen. Der Rahmen erscheint auf den ersten Blick recht gut, weist aber einige deutliche Nachteile auf.
Nachdem wir nun die Geschichte und die Richtlinien kennen, können wir uns als Nächstes mit einigen technischen Details des Recyclings von Elektrofahrzeugbatterien befassen. Ausrangierte Batterien gelangten auf zwei Wegen in das System: aus Fahrzeugen, bei denen ein Batteriewechsel durchgeführt wurde, und aus Fahrzeugen am Ende ihrer Lebensdauer. Bei letzteren befindet sich die Batterie noch im Auto und wird im Rahmen der Demontage am Ende ihrer Lebensdauer entfernt. Dies ist nach wie vor ein sehr manueller Prozess, insbesondere in China. Danach folgt ein Schritt namens Vorbehandlung. Die Batteriezellen müssen aus dem Paket entnommen und geöffnet werden, was eine Herausforderung darstellt, da es kein standardisiertes Batteriepaketdesign gibt. Daher muss dies von Hand mit Spezialwerkzeugen durchgeführt werden.
Sobald die Batterie entfernt istd, was passiert next hängt vom Typ der Lithium-Ionen-Batterie im Auto ab. Beginnen wir mit der NMC-Batterie, der in China am weitesten verbreiteten. Vier NMC-Batterie-Recycler wollen sie zurückgewinnen. Die Kathodenaktivmaterialien. Eine Wirtschaftsanalyse aus dem Jahr 2019 schätzt, dass sie, obwohl sie nur 4 % des Batteriegewichts ausmachen, über 60 % des Gesamtwerts der Batterien ausmachen. Die NMC-Recyclingtechnologien sind relativ ausgereift. Sony leistete 1999 Pionierarbeit. Es gibt zwei wichtige technologische Methoden: die Pyrometallurgie und die Hydrometallurgie. Beginnen wir mit der Pyrometallurgie. Pyro bedeutet Feuer. Die Batterie wird zu einer Legierung aus Eisen, Kupfer, Kobalt und Nickel geschmolzen.
Das gute Material wird dann mit hydrometallurgischen Methoden gewonnen. Pyromethoden verbrennen Elektrolyte, Kunststoffe und Lithiumsalze. Es kann also nicht alles zurückgewonnen werden. Dabei werden giftige Gase freigesetzt, die verarbeitet werden müssen, und es ist ziemlich energieintensiv, aber die Methode hat sich in der Industrie dennoch weit verbreitet. Hydrometallurgische Methoden verwenden ein wässriges Lösungsmittel, um die gewünschten Materialien durch Kobalt von der Verbindung zu trennen. Die am häufigsten verwendeten Lösungsmittel sind Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid, aber es gibt auch viele andere. Keine dieser Methoden ist ideal und es bedarf weiterer Arbeit, um ihre technischen Mängel zu beheben. Lithium-Eisenphosphat-Batterien machen 2019 etwa 30 % des chinesischen Marktes für Elektrofahrzeuge aus. Die Energiedichte dieser Batterien ist nicht so hoch wie die ihrer NMC-Pendants, aber sie sind frei von Elementen wie Nickel und Kobalt. Sie sind wahrscheinlich auch sicherer.
China ist auch weltweit führendDas chinesische Unternehmen ist in der Wissenschaft und Kommerzialisierung von Lithium-Eisenphosphat, Batterietechnologien und moderner Ampere-Technologie tätig. Es ist einer der führenden Hersteller in diesem Bereich. Es wäre sinnvoll, wenn die chinesische Industrie diese Zellen auch recyceln könnte. Allerdings hat sich das Recycling dieser Produkte als technisch schwieriger erwiesen als erwartet. Dies liegt zum Teil daran, dass sie einen vielfältigeren Materialmix aufweisen, der zusätzliche, teure Vorbehandlungsarbeiten erfordert.und dann wirtschaftlich LithiumEisenphosphatbatterien enthalten nicht die gleichen wertvollen Metalle wie NMC-Batterien, die Nickel, Kupfer oder Kobalt enthalten. Dies hat zu einem Mangel an Investitionen in dieser Nische geführt. Es gibt einige vielversprechende hydrometallurgische Experimente, bei denen bis zu 85 % des Lithiums in Form von Lithiumcarbonat ausgelaugt werden konnten.Spekulationen gehen dahin, dass es etwa 650 Dollar kosten würdezu verarbeiteneine Tonne verbrauchter Lithium-Eisenphosphat-Batterien. Darin sind Energie- und Materialkosten enthalten, ohne die Kosten für den Bau derFabrik. Die potenzielle Rückgewinnung und der Weiterverkauf von Lithium könnten das Recycling wirtschaftlicher machen, aber dies ist noch nicht abschließend geklärt. Wurden diese Methoden bereits kommerziell umgesetzt? Der Rahmen von 2018 sieht zwar einiges vor, lässt aber einiges zu wünschen übrig. Wie wir alle wissen, wird nicht alles in einem geordneten Rahmen abgewickelt. Es gibt hier noch einige Lücken, daher wollen wir kurz über einige der noch offenen politischen Fragen sprechen. Das wichtigste statistische Ziel bei der Freigabe bzw. die Rückgewinnungsraten für Rohstoffe: 98 % für Nickel, Kobalt, Mangan, 85 % für Lithium selbst und 97 % für Seltene Erden. Theoretisch ist das alles möglich. Ich habe zum Beispiel gerade darüber gesprochen, 85 % oder mehr des Lithiums aus Lithium-Eisenphosphat-Batterien zurückzugewinnen. Ich erwähnte auch, dass es aufgrund von Ineffizienzen in der Praxis und Unterschieden vor Ort schwierig sein wird, dieses theoretische Maximum zu erreichen. Denken Sie daran, dass es viele Möglichkeiten gibt, Batteriezellen herzustellen: Verpacken, Verkaufen und Verwenden. Es gibt bei weitem nicht die Standardisierung, die wir bei zylindrischen Batterien in Ihrem 711 sehen. Dem politischen Rahmen fehlen konkrete Subventionen und nationale Unterstützung, um dies in die Tat umzusetzen. Ein weiteres großes Problem ist, dass der wirtschaftspolitische Rahmen nichtEs werden keine Gelder bereitgestellt, um die Sammlung gebrauchter Batterien zu fördern. Es gibt zwar einige Pilotprogramme für den Rückkauf durch Kommunen, aber keine auf nationaler Ebene. Dies könnte sich ändern, vielleicht durch eine Abgabe oder Steuer, aber derzeit müssen die privaten Akteure dies selbst finanzieren. Dies ist problematisch, da es für die großen Elektroautohersteller kaum wirtschaftliche Anreize gibt, ihre Batterien zu sammeln und zu recyceln.
Von 2008 bis 2015 sanken die Herstellungskosten von Elektrofahrzeugbatterien von 1000 USD pro Kilowattstunde auf 268 USD. Dieser Trend dürfte sich in den nächsten Jahren fortsetzen. Die gesunkenen Kosten machten die Batterien zwar erschwinglicher denn je, verringerten aber gleichzeitig den Anreiz, diese Batterien zu sammeln und zu recyceln. Da sich diese Batterien zudem voneinander unterscheiden, ist es schwierig, die Sammel-, Vorbehandlungs- und Recyclingprozesse zu skalieren. Das Ganze stellt somit eine Kostenbelastung für die Hersteller dar, die ohnehin schon mit knappen Margen arbeiten.
Unabhängig davon sind die Hersteller von Elektrofahrzeugen gesetzlich verpflichtet, ihre alten Batterien zuerst zu entsorgen und zu recyceln. Trotz der wirtschaftlichen Unattraktivität des gesamten Vorhabens haben sie sich intensiv mit großen Unternehmen zusammengeschlossen, um offizielle Kanäle für das Batterierecycling einzurichten. Einige große Recyclingunternehmen sind entstanden. Beispiele hierfür sind Tyson Recycling, Zhejiang Huayou Cobalt, Jiangxi Ganfeng Lithium, Hunan Brunp und Marktführer GEM. Trotz der Existenz dieser lizenzierten Großunternehmen besteht der Großteil des chinesischen Recyclingsektors aus kleinen, nicht lizenzierten Werkstätten. Diese informellen Betriebe verfügen weder über die erforderlichen Werkzeuge noch über die erforderliche Ausbildung. Sie gehen im Wesentlichen zuSie kaufen diese Batterien wegen ihrer Kathodenmaterialien, verkaufen sie an den Meistbietenden weiter und entsorgen den Rest. Dies stellt offensichtlich ein massives Sicherheits- und Umweltrisiko dar. Durch diese Umgehung von Regeln und Vorschriften können diese Werkstätten den Besitzern von Elektrofahrzeugen mehr für ihre Batterien zahlen und werden daher den offiziellen Kanälen vorgezogen. Daher war die Lithium-Ionen-Recyclingquote in China 2015 noch recht niedrig. Sie lag bei etwa 2 %. Sie ist bis 2019 auf 10 % gestiegen. Es ist zwar nicht gerade rosig, aber dennoch weit vom Ideal entfernt. Und der Rahmen von 2018 legt kein Ziel für die Batteriesammelquoten fest. Ein merkwürdiges Versäumnis. China kämpft mit diesem Problem an einer anderen Batteriefront: der ehrwürdigen Blei-Säure-Batterie, dieser 150 Jahre alten Technologie.ist in China sehr verbreitet. Sie verleihen den Autos den letzten Schliff und erfreuen sich auch bei E-Bikes großer Beliebtheit. Und das trotz der jüngsten Vorschriften, die den Ersatz durch Lithium-Ionen-Batterien fördern. Das chinesische Recycling von Blei-Säure-Batterien bleibt jedoch weit hinter den Erwartungen und Benchmarks zurück. Im Jahr 2017 wurden weniger als 30 % der 3,3 Millionen Tonnen Blei-Säure-Batterieabfälle, die in China anfielen, recycelt. Die Gründe für diesen niedrigen Recyclinganteil sind denen im Fall der Lithium-Ionen-Batterien sehr ähnlich. Informelle Autowerkstätten umgehen Regeln und Vorschriften und können es sich daher leisten, deutlich mehr für Verbraucherbatterien zu bezahlen. Die Römer haben deutlich gemacht, dass Blei nicht gerade die umweltfreundlichste Substanz ist. In China kam es in den letzten Jahren aufgrund dieses unsachgemäßen Umgangs zu mehreren schweren Bleivergiftungen. Daher hat die Regierung kürzlich zugesagt, gegen diese informellen Werkstätten vorzugehen, von denen es landesweit schätzungsweise über 200 gibt. Das Ziel besteht darin, im Jahr 2020 eine Recyclingquote von 40 % und im Jahr 2025 von 70 % zu erreichen. Wenn man bedenkt, dass die Recyclingquote für Blei-Säure-Batterien in Amerika seit mindestens 2014 bei 99 % liegt, sollte dies nicht allzu schwierig sein.
Unter Berücksichtigung der technischen und ökologischenAngesichts der wirtschaftlichen Schwierigkeiten beim Recycling von Elektrofahrzeugbatterien hat die Industrie über Möglichkeiten nachgedacht, diese Batterien besser zu nutzen, bevor sie verschrottet werden. Die vielversprechendste Option wäre die Wiederverwendung in Stromnetzprojekten. Diese Batterien haben immer noch eine Kapazität von 80 % und können noch viele Jahre halten, bevor sie endgültig den Geist aufgeben. Die USA sind hier führend. Sie experimentieren seit 2002 mit gebrauchten Autobatterien für stationäre Energiespeicherprojekte. China hat jedoch einige interessante Demonstrationsprojekte durchgeführt. Eines der am längsten laufenden ist das Wind- und Solarenergieprojekt Zhangbei in der Provinz Hebei. Das 1,3 Milliarden Dollar teure Projekt entstand aus einer gemeinsamen Anstrengung des chinesischen Staatsunternehmens State Grid und des Elektrofahrzeugbatterieherstellers BYD und demonstrierte die Machbarkeit der Nutzung von Second-Life-Elektrofahrzeugbatterien zur Unterstützung und Verwaltung eines Stromnetzes. In den letzten Jahren sind in Peking und Jiangsu weitere Projekte zum Recycling von Elektrofahrzeugbatterien entstanden, und das Projekt ist weiterhin erfolgreich. Die Regierung legt großen Wert darauf, aber ich denke, dass es letztendlich eher dem Recyclingproblem vorbeugt, als es zu lösen. Denn jede Batterie landet unweigerlich im Recycling oder auf der Mülldeponie. Die chinesische Regierung hat die Entwicklung dieses florierenden Ökosystems bewundernswert gefördert. Das Land ist in bestimmten Bereichen der Batterietechnologie unangefochtener Marktführer, und einige der größten Automobilhersteller haben dort ihren Sitz. Sie haben die Chance, die Emissionswerte von Autos deutlich zu senken. In gewisser Weise ist das Recyclingproblem also ein erfreuliches Problem. Es ist ein Zeichen für Chinas Erfolg. Doch das Problem bleibt bestehen, und die Industrie zögert, geeignete Recyclingnetzwerke, -vorschriften und -technologien zu etablieren.
Die chinesische Regierung kann sich an der US-Politik orientieren und Verbraucher zu einem angemessenen Recyclingverhalten anregen. Subventionen müssen auch an Unternehmen der Vorbehandlungs- und Recyclingtechnologie ausgezahlt werden, nicht nur an die produzierende Industrie. Andernfalls werden der Energieverbrauch und die Umweltschäden, die mit der Batterieentsorgung verbunden sind, den Nutzen der Umstellung auf Elektrofahrzeuge übersteigen.
Beitragszeit: 01.08.2023