Batterien sind Primärzellen, die grundsätzlich nicht wieder aufladbar sind und deshalb oft für den einmaligen Gebrauch eingesetzt werden. Akkumulatoren (Akkus) können im Gegensatz dazu mehrfach aufgeladen werden. Dabei wird elektrische Energie in chemische umgewandelt und gespeichert. Bei Gebrauch wird die chemische wieder in elektrische Energie zurückverwandelt.
Batterie ist nicht gleich Batterie
Es wird zwischen Geräte-, Fahrzeug- und Industriebatterien unterschieden. Gerätebatterien werden sehr vielseitig eingesetzt bei Apparaten, die nicht ans Stromnetz angeschlossen werden müssen. Fahrzeugbatterien versorgen Anlasser, Zündung und Lampen mit Strom. Alle anderen Batterien, unter anderem auch solche für Elektrofahrzeuge, fallen in den Bereich der Industriebatterien.
Die Zink-Kohle-Batterie hat noch immer einen grossen Marktanteil, wird aber zunehmend ersetzt. Solche Batterien sind zwar recht preisgünstig, haben jedoch nur eine kurze Haltbarkeit von etwa 2 Jahren und neigen ausserdem dazu, auszulaufen. Sie werden hauptsächlich für Geräte mit niedrigem Stromverbrauch verwendet, wie beispielsweise Taschenrechner, Spielzeuge und Fernbedienungen.
Heute werden vermehrt Alkali-Batterien verwendet, die zwar teurer sind, aber dafür eine höhere Kapazität und Lebensdauer bieten und weniger oft Schaden nehmen. Sie sind in Geräten mit höherem Stromverbrauch zu finden, wie etwa in Kameras und elektronischen Spielen.
Blei-Akkus werden vor allem als Fahrzeugbatterien eingesetzt und seit einigen Jahren immer öfter durch Lithium-Batterien und -Akkus ersetzt. Lithium-Speicher haben ein breites Anwendungsgebiet dank ihrer hohen Leistungsfähigkeit. Nicht nur stecken sie in elektronischen Alltagsgeräten wie Laptops und Smartphones, sondern sie finden sich auch in einer Vielzahl von Haushalts- und Gartengeräten sowie medizinischen Apparaten. Von grosser zukünftiger Bedeutung sind sie auch als Hauptenergiequelle für Elektroautos, E-Bikes und E-Scooters.
Ihre Vorteile: Die hohe Energiedichte erlaubt grosse Stromkapazitäten, und die Selbstentladung ist minimal im Vergleich mit anderen Batterietypen.
Die „Umweltfreundlichkeit“ von Stromspeichern
Im Grundsatz ist die Verwendung der obengenannten Stromspeicher umweltfreundlich. Dank der Zwischenspeicherung liefern sie Strom genau dort, wo er gebraucht wird, was – je nach Einsatzgebiet – viel CO2 einspart. Die teils schlechte Umweltbilanz rührt vor allem von der Herstellung der Batterien und Akkus her – bei Batterien noch gesteigert durch die Einweg-Verwertung. Besonders schädliche Schwermetalle wie Cadmium und Quecksilber wurden inzwischen aus den Verkaufsregalen entfernt und sind in den Stromspeichern höchstens noch in Spuren vorhanden. Batterien bestehen heute vor allem aus Eisen, Blei, Kobalt, Lithium, Nickel, Mangan und Zink.
Wie der Name schon verrät, enthalten Blei-Akkus grosse Mengen an giftigem Blei. Auch die als Elektrolyt verwendete Schwefelsäure in den Akkus kann Umweltschäden verursachen, wenn sie nicht fachgerecht aufbereitet und entsorgt wird. Vorteilhaft ist hier immerhin, dass Blei auch nach oftmaliger Wiederverwertung nicht an Qualität einbüsst.
Für den Gebrauch von Lithium-Batterien -und Akkus müssen Lithium sowie Graphit gewonnen werden. Mit der weltweit steigenden Nachfrage in der Elektromobilitätsbranche wird geschätzt, dass die Förderungsmenge von Lithium bis 2050 auf 1.1 Mio. Tonnen steigen könnte. Lithium wird sowohl aus Salzsee-Solen in Südamerika als auch aus Festgestein in Australien gewonnen. Die Gewinnung von Lithium erfolgt durch die Verdunstung von lithiumhaltigem Salzwasser aus unterirdischen Seen. Ob ein möglicher Zusammenhang zwischen der Förderung von Lithium und der Senkung des Grundwasserspiegels besteht - der die Wasserknappheit in den betroffenen Gegenden verschärft - wird derzeit noch untersucht.
Beim Abbau von lithiumhaltigen Mineralien in Australien bleiben Restbestandteile übrig. Deren Lagerung kann risikobehaftet sein und zur Wasserverschmutzung und Freisetzung chemischer Schadstoffe beitragen. Ausserdem ist das Einatmen von siliziumhaltigem Staub schädlich für uns. In Deutschland werden seit ein paar Jahren Untersuchungen zur möglichen Lithium-Förderung gemacht – und zwar mittels Geothermieanlagen aus Thermalwässern tief unter dem Oberrhein. Dabei soll auf eine umweltverträgliche Förderung geachtet werden. Auch die Schweiz plant bald ihren Teil zur Lithiumgewinnung beizusteuern. Die europäische Förderung von geothermalem Lithium wird den Bedarf zwar bei weitem nicht abdecken können, allerdings kann damit die globale Produktion ergänzt und die Importabhängigkeit etwas eingeschränkt werden.
Die Gewinnung von Graphit hinterlässt zusätzlich einen grossen ökologischen Fussabdruck. Wird das Mineral als Naturgraphit abgebaut, geht das mit den üblichen Landschaftseingriffen des Bergbaus und erheblicher Staubentwicklung einher. Danach wird der Rohstoff mit anorganischen Säuren gereinigt, die bei unsachgemässem Umgang freigesetzt werden und Umweltschäden verursachen können.
Die Herstellung von synthetischem Graphit wiederum bedarf einer Kohlenstoffquelle – hier kommen Nebenprodukte der Erdöl- und Kohleindustrie zum Einsatz. Sie benötigt weiterhin einen hohen Energieaufwand, der bislang hauptsächlich aus fossilen Energiequellen gedeckt wird.
Recycling ist Trumpf
Die Umweltbilanz wird aber auch durch andere Faktoren beeinflusst: Der Lebensdauer einer Batterie ist ebenso entscheidend wie die Frage, ob eine Batterie für einen anderen Zweck wiederverwendet werden kann und ob sie –als Voraussetzung fürs Recycling – in ihre Bestandteile zerlegt werden kann.
Landen Schwermetalle in den Kehrichtverbrennungsanlagen, besteht die Gefahr, dass enthaltene Metalle, Salzlösungen und Synthesestoffe Luft, Wasser und Boden verschmutzen. Zusätzlich können sich Schwermetalle in der Umwelt und beispielsweise in Fischen anreichern und so indirekt im menschlichen Körper enden.
Schweizerinnen und Schweizer kaufen pro Jahr etwa 200 Mio. Batterien. Die meisten davon werden durch die bereits im Verkaufspreis enthaltene Entsorgungsgebühr «kostenfrei» und ordnungsgemäss an die dafür vorgesehenen Sammelstellen retourniert oder im Sonderabfall deponiert. Allerdings gelangen auch immer noch viele Altbatterien in den Haushaltskehricht. Je weniger dieser mobilen Stromspeicher recycelt werden können, desto stärker belastet es die Umwelt. Können die wertvollen Metalle nicht wiedergewonnen werden, müssen vermehrt Rohstoffe gefördert werden. Regelkonformes Recycling ist also durchaus ausschlaggebend.
Die Weiterentwicklung der Batterie
Nicht nur die schwindende Verfügbarkeit der Rohstoffe, sondern auch die Herstellung und Entsorgung der Stromspeicher beschädigen also – trotz fortschreitender Verbesserungen – die vergleichsweise „Umweltfreundlichkeit“ der Stromspeicher. Deshalb wird auch weiterhin an umweltfreundlicheren Batterieoptionen geforscht, um gerade die schädlicheren Lithium-Ionen-Batterien und -Akkus ersetzen zu können.
Grosse Hoffnungen wecken zurzeit die sogenannten Salzwasser-Speicher bzw. Natrium-Ionen-Akkumulatoren. Sie gelten als «saubere» Batterien, denn sie enthalten keine umweltschädlichen Stoffe wie Schwermetalle oder giftige Chemikalien und sind damit auch für unsere Gesundheit und Umwelt unbedenklich. Von den Salzbatterien geht ausserdem keine Brand- oder Explosionsgefahr aus, wie dies beispielsweise bei Lithium-Ionen-Batterien der Fall sein kann. Die dafür benötigten Rohstoffe wie Manganoxid und Kohlenstoff-Titan-Phosphat sind in grosser Menge und preiswert verfügbar. Der Salzwasser-Akku könnte also bald grossflächig Solarspeicher und Batterien ersetzen. Da er allerdings eine kleinere Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien aufweist, fällt er zurzeit noch grösser und schwerer aus, um dieselbe Energieleistung zur Verfügung stellen zu können. Der Salzwasser-Akku ist also (noch) nicht geeignet, um beispielsweise Elektroautos antreiben zu können; gerade hier sind Gewicht und Grösse einer Batterie durchaus entscheidend. Es wird aber weiter getüftelt – und dabei werden auch Erfolge erzielt, die die Klimabilanz von Batterien dereinst noch einmal deutlich verringern dürften.
Quellen und weitere Informationen:
BAFU: Batterien
Umweltbundesamt: Batterien und Akkus richtig nutzen und entsorgen
Die Salzwasserbatterie
Öko-Probleme bei den Batterie-Rohstoffen Lithium und Graphit
Umwelt-Bilanz von Lithium-Ionen-Akkus und anderen Batterien
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