Ein Blick auf die Rohstoffe
Die Batterieentwicklung (Rohstoffe / Kosten)
Dass für bisherige Batterien Lithium und Kobalt benutzt wurden und der Abbau nicht immer unter idealen Bedingungen stattfindet, weiß mittlerweile jeder. Interessant ist deshalb, wie sich hier die Technik entwickelt hat und immer noch weiterentwickelt.
bis 2010:
Batteriekosten über 1.100 $/kWh lt. Bloomberg Studie [siehe 1]
vor 2018:
Lithium-Ionen Akku (LiIo) – enthält Kobalt (mind. 8 %)
ab 2018:
Lithium-Ionen Akku (LiIo), Kobalt-Anteil um über 30 % gesenkt, z.B. Tesla Model 3 (2,8 % Kobalt) – zum Vergleich VW ID.3 hat 2020 noch 12-14 % Kobaltanteil).
Weniger Kobalt = günstigerer Preis
2020:
Batteriekosten über 137 $/kWh lt. Bloomberg Studie [siehe 1]
ab 2020:
Lithium-Eisenphosphat-Akku (LFP), enthält KEIN Kobalt und sind thermisch stabil (brandsicher), z.B. im Tesla Model 3 aus chinesischer Herstellung.
2021:
Nickel-Mangan-Akkus (NMX), enthält KEIN Lithium und Kobalt. Hersteller SVOLT beginnt Massenproduktion in China.
2021:
Natrium-Ionen-Akku (Sodium Ion Battery, SIB) veröffentlicht, enthält KEIN Lithium, Mangan oder Kobalt, sind thermisch stabil, liefern auch bei Kälte
gute Leistung, extrem schnellladefähig [siehe 2]
Ab 2023:
Natrium-Ionen-Akku (SIB) Massenfertigung durch CATL geplant [siehe 3]
Ab 2023:
Nickel-Mangan-Akkus (NMX) Produktionsbeginn im Saarland geplant [siehe 6]
Ab 2023:
Batteriekosten bei 101 $/kWh lt. Bloomberg Studie [siehe 1]
Bis 2030:
Feststoffbatterien, Kosten 58 $/kWh [siehe 1].
Auch bei Forschung/Entwicklung sowie der Produktion von Akkus selbst tut sich einiges in Europa: BMZ Group, CATL, Svolt, Northvolt, Porsche, Varta um nur einige Firmen zu nennen [siehe 7].
Lithium und der hohe Wasserverbrauch
Wie oft wurde in den Medien vom hohen Wasserverbrauch gesprochen bei der Lithiumgewinnung. Mitterweile gibt es hier auch aktuellere und genauere Zahlen. So werden für einen 64 kWh-Akku (z.B. Hyundai Kona Elektro, Reichweite ca. 350-400 km real) nach gängigen Berechnungsmethoden 3840 l Wasser verbraucht – für die Produktion von 250 g Rindfleisch wird in etwa die selbe Menge Wasser benötigt. Die gleiche Menge Wasser steckt auch in 30 Tassen Kaffee oder einer halben Jeans. Der Akku wird mit Sicherheit mindestens 10 Jahre gute Dienste leisten – bei den restlichen Beispielen kann man das eher nicht behaupten [siehe 38, 47].
Doch es gibt auch mittlerweile schon neue und schonende Fördermethoden. Das Unternehmen Vulcan Energy holt Lithium aus Thermalwasser im Oberrheingraben im Südwesten Deutschlands und beliefert damit u.a. Renault. Als Jahresmenge wird von bis zu 17.000 Tonnen Lithium in Batteriequalität gesprochen [siehe 55].
…und Rohstoffe beim Verbrenner-Auto?
Auch Benzin- und Dieselfahrzeuge waren und sind jahrzehntelang auf Kobalt angewiesen (Entschwefelung vom Kraftstoff, Härten von Nockenwellen, Pleuel,…). Für Zündkerzen sind seltene Erden wie z.B. Yttrium notwendig. Und im Verbrenner-Katalysator finden sich Platin, Rhodium und viele andere extrem seltene Stoffe, deren Abbau ähnlich wie Lithium und Kobalt auch Umweltfolgen hat. Z.B. bei Platin – dieses wird vor allem in Südafrika abgebaut, einem Land, das unter extremer Wasserkrise leidet. Für den Bergbau dort werden täglich rund 70 Millionen Liter Grundwasser an die Oberfläche gepumpt und in giftiges Minen-Abwasser umgewandelt [siehe 4].
Für Benzin und Diesel wird Erdöl benötigt. Dieses wird seit vielen Jahren auch mittels Fracking-Techniken gewonnen, z.B. in Kanada. Dadurch werden Giftstoffe wie Cadmium, Arsen und Quecksilber freigesetzt. Auf ein Barrel Öl kommen etwa 650 Liter toxische Brühe. Täglich werden ca. 500 Mio Liter in künstlich angelegte Seen geleitet. Allein bis zum Jahr 2009 sind diese Giftseen fast auf die doppelte Größe des Chiemsees gewachsen. Täglich sickern etwa 11 Mio Liter davon ins Grundwasser, wie das kanadische Pembina Institut schätzt [siehe 8].
…und Wasserstoff als Energieträger im Auto?
Die Wasserstoffherstellung ist extrem energieintensiv. Mit der gleichen elektrischen Energie, mit der ein Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeug 100 km weit kommt, fährt ein reines Elektroauto mehr als 300 km weit. Dies hängt vor allem mit dem schlechten Wirkungsgrad zusammen.
Ottomotor:
Wirkungsgrad ca. 20 % (inkl. Kraftstofferzeugung u. Transport)
Brennstoffzelle:
Wirkungsgrad ca. 34 % (inkl. Wasserstofferzeugung aus PV)
reines E-Auto:
Wirkungsgrad ca. 75 % (inkl. Stromerzeugung aus PV) [siehe 9]
Dadurch wird Wasserstoff (H2) natürlich auch 3 x teurer im Vergleich zum Stromtanken beim E-Auto. Der nächste Kostentreiber ist das Auto selbst, da durch den Platinanteil in der Brennstoffzelle der Preis deutlich steigt – ab ca. 64.000 Euro geht z.B. der Toyota Mirai los. In jedem Fall müsste erst ein Tankstellennetz aufgebaut werden. In ganz Europa gibt es derzeit (9/2021) ca. 134 H2-Tankstellen, weitere 40 sind geplant. Aber ca. 100 sind allein in Deutschland, die restlichen paar verteilen sich auf die anderen Länder – zumindest die Urlaubsreise in Europa wäre mit dem Wasserstoffauto nicht einfach [siehe 9].
Zum Vergleich: Normale Benzin/Diesel-Tankstellen gibt es in Deutschland ca. 15.500 – mit mehreren Zapfmöglichkeiten pro Tankstelle. Von den Kosten für die H2-Tankstellen hört man meist wenig. Eine Wasserstofftankstelle mit einer Zapfmöglichkeit kostet ca. 1 Mio Euro. Dazu kommt dann noch der hohe Stromverbrauch für die Hochleistungspumpen, um den Wasserstoff zu verdichten und so einen Tankvorgang möglich zu machen. Eine aktueller Schnellladepark von EnBW inkl. PV-Anlage kostet 2021 auch ca. 1 Mio Euro – aber mit 20 Ladepunkten bei 150-300 kW Ladeleistung [siehe 9].
An der Wasserstofftechnik wird schon über 30 Jahre lang geforscht, trotzdem sind Erfolge zum Teil nur in der Grundlagenforschung zu sehen. In den nächsten 10 Jahren werden bisher keine großen Durchbrüche erwartet. Nicht vergessen darf man allerdings, dass die Batterietechnik sich parallel dazu auch immer weiterentwickelt, so dass in der Kosten/Nutzen-Betrachtung auch mittelfristig die Batterie der Gewinner bleiben wird. Sinnvoll ist Wasserstofferzeugung nur bei einem Überangebot an grüner Energie – das ist allerdings seltener als häufig angenommen. Deshalb wird derzeit Wasserstoff vor allem aus Erdgas gewonnen – darum hat die Gaslobby ein großes Interesse an Wasserstoff als Energieträger [siehe 5].
Nur dort, wo es (noch) keine vernünftigen Alternativen gibt, z.B. bei der Stahlproduktion, kann die Wasserstoffnutzung sinnvoll sein.
Ideen, dass Wasserstoff in der Wüste erzeugt und dann importiert wird, sind auch nicht billig und es gäbe wieder Abhängigkeiten von zum Teil politisch instabilen Regionen und undemokratischen Regimen. Da für die Produktion des Wasserstoffs selbst auch Wasser benötigt wird, ist die Produktion in Wüstengegenden auch nicht gerade sinnvoll. Ein Brennstoffzellenauto kommt mit 1 kg Wasserstoff ca. 100 km weit – für dieses kg H2 werden ca. 9 Liter Wasser benötigt. Auch der Transport mittels Tanker wäre extrem energieaufwändig, weil der Wasserstoff gekühlt werden muss, da es sich bei H2 um ein extrem flüchtiges Gas handelt. Um die gleiche Menge Energie wie Erdöl mittels Tanker zu transportieren, müssten 30 Cryotanker modernster Bauart speziell für den H2-Transport verwendet werden – bei älteren Modellen sind sogar 3000 notwendig...wohlgemerkt, um die Energie EINES Öltankers zu transportieren [siehe 56].
...und synthetische Kraftstoffe, sog. EFuels?
Einfach mit synthetischen Treibstoffen den alten Verbrenner weiterfahren – das hört und liest man immer wieder mit vollmundigen Versprechungen. Aber ähnlich wie die Wasserstoffherstellung benötigen auch EFuels sehr große Energiemengen – zum Teil das 4-5 fache, als wenn man den Strom gleich ins E-Auto packen würde. Deshalb ist der Ansatz, an Standorten mit günstigem Strom zu produzieren. Pilotanlagen gibt es bereits, aktuell würde der Preis bei EFuels bei 4,50 Euro pro Liter liegen – angepeilt wird zukünftig ein Preis von unter 3 Euro pro Liter. Wie man sieht, ist das neben Wasserstoff die teuerste
Art zu tanken und auch hier sind in den nächsten Jahren keinerlei Durchbrüche zu erwarten [siehe 15].