E-volution - Das Leben eines Akkus

Der Elektromotor ist die Antriebsart, die den höchsten Wirkungsgrad aufweist. Zu diesem Schluss kommt der Thinktank Agora Verkehrswende für klimaneutrale Mobilität mit Sitz in Berlin. Bei einem gängigen Benziner gingen 80% der zugeführten Energie bis zum Fahrzeugrad verloren, wobei der Verlust bei einem Elektroauto nur 31% betrage, so das Ergebnis ihrer Analyse. Und die Energiequelle, die den Elektromotor antreibt, entwickelt sich rasant weiter. „Da muss man am Ball bleiben. Die Weiterbildung gehört zum täglichen Job. Das muss einem Spaß machen und das muss einem liegen“, sagt Sven Krump, der bei Losch Import auf die Batteriereparatur von Fahrzeugen des VW-Konzerns spezialisiert ist.

Beim Besuch in der Kundendienstwerkstatt hat man anfangs den Eindruck, in einer x-beliebigen Autowerkstatt zu sein. Bis einer der Mitarbeiter mit einem Scherenhubtisch angerollt kommt. „Wir haben für den eine neue Aufgabe gefunden“, betont Sven Krump mit einem Lächeln im Gesicht. Denn eigentlich nutzt man solche „lift tables“ zum Motorausbau bei herkömmlichen Autos. Sie eignen sich aber auch hervorragend zum Transport der schweren Batterien von Elektroautos, die bis zu 750 kg wiegen können. Heute wird der Akku eines ID.3 ausgebaut, da eine der Batteriezellen ersetzt werden muss. „Der Ausbau ist relativ gut zu meistern. Die ersten Batterien waren vom Aufbau her noch kompliziert, wie beispielsweise beim e-Golf. Das hat sich aber geändert. Der Akku des ID.3 sieht von innen aus wie eine Tafel Schokolade. Vom schrauberischen Können her ist es überschaubar“, so Krump. Der eigentliche Aufwand habe zum Teil mit der Anschaffung von Spezialwerkzeug zu tun. „Was man an Ausstattung braucht, ist enorm. Wir haben allein für die Batteriereparatur Werkzeuge angeschafft, wo wir im 6-stelligen Bereich liegen.“

Und diese Werkzeuge muss man auch bedienen können und dürfen. Sven Krump hat an sich eine Ausbildung als Kfz-Mechatroniker gemacht. 2005 wurde er Servicetechniker bei VW mit anschließendem Meisterbrief, und gewann in dieser Funktion 10 Jahre danach die RQWC (Retail Qualification World Championship). Bei dieser Berufsweltmeisterschaft geht es um theoretische und praktische Kenntnisse und Fähigkeiten. 2015 ist er als Produktbetreuer bei Losch gelandet und ist seit 2020 Leiter der Kundendienstwerkstatt.

„Was die elektrische Gefährdung angeht, hat die Hochvolttechnik natürlich ein Risikopotenzial“, gibt Sven Krump zu bedenken. „Man muss auf die Sicherheit achten. Wenn man an der elektrischen Anlage eines Hochvoltfahrzeugs arbeitet, muss man die Hochvoltanlage zuerst spannungsfrei schalten. Der Wartungsstecker wird getrennt und mit einem Schloss versiegelt. Die Mitarbeiter, die das machen, haben eine spezielle Ausbildung absolviert. Sie sind Hochvolttechniker. Dann gibt es noch eine zusätzliche Stufe. Nur die sogenannten Hochvoltexperten dürfen am Innenleben der eigentlichen Batterie arbeiten. Da diese immer unter Spannung ist, muss man aufpassen, was man macht.“ Deshalb arbeiten auch immer zwei Personen gleichzeitig an einer Batterie und tragen darüber hinaus spezielle Schutzkleidung.

Im Moment reicht diese eine Werkstatt, um den Bedarf bei Losch zu decken. Es gibt lediglich 2-3 Batteriereparaturen im Monat, Einzelfälle. Meistens wurde das Blech vom Batteriegehäuse beschädigt und der Deckel muss ersetzt werden. Der Bordcomputer des Elektroautos überwacht die Batterie und Probleme werden dem Fahrer sofort im Display angezeigt. „Wenn der Status Warnung angezeigt wird, handelt es sich um einen elektrischen Fehler, zum Beispiel wenn der Computer keine Verbindung mehr zur Batterie herstellen kann. Der Status Gefahr deutet darauf hin, dass die Batterie thermisch reagiert oder sich Rauch entwickelt hat. Einen solchen Fall hatten wir noch nicht“, sagt Krump. Aus Sicherheitsgründen wird das Elektroauto nach einem Unfall oder bei unbekanntem Batteriestatus auf einen Quarantäneplatz gebracht, wo es alleinsteht und nichts Brennbares vorhanden ist. Denn bei einer thermischen Reaktion soll die Feuerwehr direkten Zugang haben. Wenn es nach zwei Tagen keine Reaktion gegeben hat, kann dran gearbeitet werden.

Eine Batterie hat übrigens mehrere Leben. Hat sie ihren Dienst in einem Elektroauto von Losch getan, kommt sie zu SNAM nach Frankreich. Das Unternehmen mit Sitz in Viviez, im Département Aveyron, ist seit seiner Gründung 1977 auf die Wiederaufbereitung spezialisiert. War es früher noch eher die Metallveredelung, so werden heute vor allem Batterien recycelt und Sekundärrohstoffe hergestellt. Allein zwischen 2010 und 2021 wurden weltweit 17,7 Millionen Fahrzeuge mit Lithium-Ionen-Batterien auf den Markt gebracht, davon 5,7 Millionen in Europa. Das entspricht 2 Millionen Tonnen Batterien, die recycelt werden müssen. Frédéric Salin, Direktor für Vertrieb und Marketing bei SNAM, erklärt: „75 % der Batterien, die wir recyceln, stammen von unseren Logistikpartnern in Europa. Wir haben auch Partnerschaften mit Sammelnetzwerken, die für den Transport gefährlicher Abfälle zugelassen sind. Ziel ist die Rückführung von Rohstoffen in den Produktionskreislauf von Stahlwerken, Gießereien oder auch Batterieherstellern. Man redet dann von einem closed loop, den wir im Falle von Cadmium beispielsweise sehr klein halten können, von Batterie zu Batterie.“

Jeder Hersteller – auch OEM genannt (Original Equipment Manufacturer) – hat eine regulatorische Verpflichtung, das Recyceln seiner Batterien zu gewährleisten. Aber Frédéric Salin erklärt, dass es derzeit nicht möglich sei, die Mengen an Batterien, die in Europa auf den Markt gebracht wurden, vollständig zu recyceln. Es gebe auf unserem Kontinent nur sehr wenige Akteure in diesem Bereich. Deshalb greife man auf eine Zwischenlösung zurück. „Batterien von Elektroautos haben, wenn sie zum Recycling gelangen, nicht mehr genug Kapazität, um ein Elektroauto anzutreiben, aber immer noch eine ausreichende elektrische Dichte für andere Aufgaben. Hier beginnt der Kreislauf des zweiten Lebens“, so Salin. Die Batterie wird zuerst diagnostiziert. Danach wird sie geöffnet, bis auf das kleinste abnehmbare Element zerstörungsfrei zerlegt und jedes Element noch einmal einzeln diagnostiziert. Die noch brauchbaren Zellen werden bei Phenix Batteries, welches zur SNAM-Unternehmensgruppe gehört, rekombiniert, mit einem neuen Managementsystem (Battery Management System) versehen und als neue Batterie auf den Markt gebracht. „Das Lebensende wird nicht verhindert, aber man gewinnt Zeit, indem diese Batteriezellen statt einer Lebensdauer von 10-15 Jahren eine Lebensdauer von 20-25 haben werden.“

Es gibt einen starken Wettbewerb zwischen den Autoherstellern, um den Kunden die beste Batterie anzubieten. Was SNAM wiederum das Recyclen erschwert. Idealerweise soll dieser Prozess nämlich einfach und schnell ablaufen. „Eine Batterie kann aus technischen und wirtschaftlichen Gründen nie zu 100% recycelt werden. Man muss gewisse Kompromisse eingehen“, gesteht Frédéric Salin. „Als Recycler wünschen wir uns aber, dass sie leicht zerlegbar ist und dass keine komplexen Materialien verwendet werden. Ein Beispiel: Es werden bestimmte recycelbare Kunststoffe in Batterien verwendet, wie Polypropylen. Aber aus Sicherheitsgründen mischt man Zusatzstoffe bei, unter anderem Brandhemmer, um thermische Überhitzung zu vermeiden. Diese Elemente sind sehr problematisch und lassen eine Verwertung der Materialien nicht mehr zu. In Bezug auf das Recycling und die Kreislaufwirtschaft ist das nicht optimal.“ Eine europäische Verordnung soll die Wiederverwertung von Sekundärrohstoffen bei der Herstellung neuer Batterien ab 2030 übrigens verpflichtend machen.

Der Luxemburger Materialwissenschaftler Dr. Félix Urbain verfolgt die Entwicklungen in diesem Bereich mit Spannung und lobt die Ressourcenschonung bei der industriellen Wiederaufbereitung von Batterien, die auch weniger Schadstoffe verursacht. Er hat seinen Blick berufsbedingt immer weit nach vorne gerichtet. Er sieht in der Elektromobilität einen notwendigen Eckpfeiler für eine klimaneutrale Gesellschaft. „Im Durchschnitt hat man bereits nach 60.000 Kilometern eine positive Klimabilanz mit einem Elektroauto“, rechnet Urbain vor. „Selbst die etwas höhere Anfangsinvestition hat man durch den viel geringeren Unterhalt schnell wett gemacht. Und man ist mit einem Elektroauto immer sicher, auf dem neusten Stand der Technik zu sein.“ Viele Entwicklungen seien nicht ganz transparent, da sich die verschiedenen Hersteller nicht in die Karten schauen lassen wollen. Für Félix Urbain zeige die Forschung aber, dass das Optimierungspotenzial der Batterien noch lange nicht ausgeschöpft sei.

Seit der ersten kommerziellen Nutzung der Lithium-Ionen-Speichertechnik vor über 30 Jahren habe man die Energiedichte in solchen Akkus vervierfacht. Große Fortschritte habe es in den letzten Jahren auch beim Temperaturmanagement beim Be- und Entladen und bei der Lebensdauer gegeben. „Der nächste Schritt ist die Entwicklung von Feststoffbatterien, bei denen sich die elektrisch geladenen Teilchen sehr viel schneller bewegen können, als Ionen im flüssigen Elektrolyt herkömmlicher Batterien. Durch das Wegfallen des flüssigen Elektrolyts werden die Batterien unter anderem leichter, sicherer und weniger komplex.“ Am vielversprechendsten sieht Dr. Urbain die Entwicklung von Keramik-Festkörperbatterien. „Das Problem ist, dass der Weg vom Labor zur Serienproduktion generell lang ist und es viele Hürden gibt. Ein Labortest ist keine Garantie für ein gut funktionierendes Endprodukt. Ein großer Flaschenhals ist zum Beispiel, wenn Komponenten im Protoyp miteinander reagieren, und dies im Kleinen nicht vorherzusehen war. Dann beginnt die Arbeit von vorn.“

Der Materialwissenschaftler sieht besonders im Hinblick auf die zurzeit verwendeten Rohstoffe eine Notwendigkeit für die ständige Weiterentwicklung. „Das Lithium ist zwar in großer Quantität vorhanden. 90% des gewonnenen Lithiums wird nicht einmal für Batterien genutzt. Aber Rohstoffe wie Nickel und Kobalt werden zum Beispiel immer seltener und teurer, genauso wie die seltenen Erden.“ Auch Kupfer werde in immer größeren Quantitäten gebraucht, da es nicht nur in Akkus zum Einsatz komme, sondern auch in Elektromotoren, Solarmodulen und Windkraftanlagen. Wenn Dr. Félix Urbain über mögliche Alternativen und Lösungsansätze spricht, wird einem klar, dass es eine Ressource gibt, die nicht begrenzt ist – nämlich der Erfindungsreichtum des Menschen.

Auf dem Weg ins Zeitalter der Elektromobilität hat der Leiter der Losch Kundendienstwerkstatt Sven Krump noch einen Tipp. „Eine Hochvoltbatterie altert natürlich, besonders wenn sie ständig auf 100% geladen ist. Für den täglichen Gebrauch ist das aber gar nicht nötig. Deshalb ist in unseren Autos im Menü, wo man die Akkuladung konfigurieren kann, der maximale Ladestand ab Werk standartmäßig auf 80% eingestellt.“ Nur wenn man eine längere Strecke fahre, wie zum Beispiel eine Urlaubsreise, empfehle es sich, einen Timer zu setzen mit einem Ladeziel von 100% für die genaue Zeit der Abreise. Dann sei die Standzeit mit voll geladenem Akku sehr gering.