Ökobilanz von Lithium-Ionen-Stromspeichern

zolar hat sich das Ganze einmal näher angeschaut. Denn bei der Öko-Bilanz spielen zwei Faktoren eine Rolle:

Anhand dieser Faktoren stellen wir dir in diesem Blogartikel vor, welche Ökobilanz moderne Lithium-Ionen-Stromspeicher aufweisen und welche alternativen Verfahren in Zukunft zur Gewinnung von Lithium auch in Deutschland zum Einsatz kommen werden.

Lithium ist ein Leichtmetall, das auf der Erde zwar häufig zu finden ist, allerdings nur in geringen Konzentrationen vorkommt. Das Lithium für die Stromspeicher wird vorrangig in Chile, Bolivien und Argentinien abgebaut. Doch die Gewinnung ist seit einiger Zeit stark umstritten. Denn der Abbauprozess wirkt sich negativ auf den Grundwasserspiegel aus und führt auf lange Sicht zur Trockenlegung von Flüssen und anderen Feuchtgebieten.

Problematisch sind auch die Transportfahrzeuge, die das abgebaute Lithium abtransportieren. Denn diese verschmutzen die Luft. Zusätzlich benötigte Rohstoffe werden unter ähnlich umweltschädlichen Bedingungen abgebaut. Hinzu kommen der Weitertransport ins Ausland und die finale Auslieferung der Stromspeicher. Dieser Transportweg wirkt sich negativ auf die Öko-Bilanz der Lithium-Ionen-Speicher aus. Die direkten Umwelteinflüsse durch Rohstoffabbau, Produktion und Transport müssen also als negativ bezeichnet werden. Doch die Entwicklung neuer Verfahren zur Gewinnung von Lithium soll einen umweltfreundlicheren Abbauprozess sogar in Deutschland ermöglichen. Doch dazu an späterer Stelle mehr.

Auch in Südamerika kommt die immer lauter werdende Klimadebatte aus Deutschland an. Denn viele große internationale Unternehmen legen zunehmend Wert auf einen nachhaltigen Abbau der Rohstoffe und könnten so einen großen Einfluss auf die Nachhaltigkeit am Anfang der Wertschöpfungskette haben. Eine Lösung für einen nachhaltigeren Abbau des Lithiums in Südamerika könnte unter anderem eine durchgängige Zertifizierung nach ISO-Standards darstellen.

Diese würde mehr Transparenz in die Arbeitsprozesse bringen und den Abbau mithilfe einheitlicher Regelungen bezüglich des Umwelt-Aspekts deutlich verbessern. Für die Unternehmen ist eine solche ISO-Zertifizierung natürlich mit zusätzlichen Kosten verbunden, welche sich sowohl auf den Preis des Lithiums als auch auf den des Endproduktes auswirken wird. Doch die immer größer werdende Nachfrage nach einem umweltschonenderen Abbau des Leichtmetalls fordert nunmal diesen bewussten Umgang mit unseren Ressourcen.

Der zweite Aspekt der Umweltbilanz von Lithium-Ionen-Stromspeichern ist die bei der Produktion aufgewendete Energie. Um den für die Produktion notwendigen Energieverbrauch ins Verhältnis zur Stromspeicherleistung zu bringen, haben Forscher den sogenannten Energy Stored On Invested (ESOI) Wert entwickelt. Hier haben die Stromspeicher in den vergangenen Jahren bereits deutliche Fortschritte gemacht.

Denn während der Wert im Jahr 2013 noch bei 10 lag, so liegt er heute bereits bei 18. Das bedeutet, dass ein durchschnittlicher Lithium-Ionen-Stromspeicher 18-mal so viel Energie erzeugt, wie beim Abbau und der Produktion aufgewendet wurde. Je langlebiger der Speicher ist, desto besser ist schließlich auch der ESOI-Wert. Die Umweltbilanz in diesem Bereich ist somit durchaus positiv und wird sich, wie die Vergangenheit bereits gezeigt hat, weiter deutlich verbessern.

Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass die Energiebilanz der Lithium-Ionen-Speicher durchaus positiv ist. Allerdings wirken sich aktuell der Rohstoffabbau, die Produktion und der Transport negativ auf die Öko-Bilanz aus. In diesem Bereich besteht somit erhebliches Verbesserungspotenzial. Bezieht man allerdings die Produktion des eigenen Solarstroms in die Umweltbilanz der Stromspeicher mit ein, so wird deutlich, dass diese insgesamt durchaus umweltfreundlich sind.

Denn je mehr Solarstrom du verbrauchst, desto weniger Strom musst du aus dem öffentlichen Netz beziehen. Das vermindert Leistungsverluste durch den Stromtransport und CO2-Emissionen, die bei der Stromproduktion anfallen. Somit wirkt sich ein hoher Eigenverbrauch positiv auf die Öko-Bilanz von Lithium-Ionen-Stromspeichern aus.

Blickt man beispielsweise auf Solarmodule, so stellt man fest, dass deren Umweltbilanz zu Beginn ebenfalls nicht zwingend positiv war. Lange Zeit galt die Produktion von Solarmodulen als zu energieaufwendig, sodass sie über die gesamte Laufzeit weniger Energie produzierten als bei ihrer Herstellung aufgewendet wurde. Doch mit der steigenden Nachfrage stiegen auch die Produktionszahlen. Produktionsprozesse wurden verbessert und die technische Entwicklung weiter vorangetrieben. Heute hat ein herkömmliches Solarmodul bereits nach drei Jahren mehr Energie produziert als für dessen Produktion aufgewendet werden musste. Ähnliche Entwicklungen werden zukünftig auch im Stromspeicher-Segment zu beobachten sein.

Die gute Nachricht zum Schluss: Das KIT (Karlsruher Institut für Technologie) ermöglicht zukünftig die minimalinvasive Förderung von Lithium auch in Deutschland. Dazu soll in Geothermie-Anlagen aus den Tiefengewässern des deutschen und französischen Oberrheingrabens der Rohstoff Lithium gewonnen werden. Das Grimmer-Saravia-Verfahren – benannt nach den Forschern Jens Grimmer und Florencia Saravia, die die Entwicklung dieser alterativen Lithiumgewinnung maßgeblich vorangetrieben haben – ermöglicht damit die Förderung eines erheblichen Teils des Lithium-Bedarfs für Speicher und Elektromobilität.

Die Entwicklung des Verfahrens der Geothermie ist extrem vielversprechend und wird in der Zukunft voraussichtlich eine Schlüsselrolle bei der Lithiumgewinnung übernehmen, da man aktuell von der Förderung von mehreren Tausend Tonnen Lithium pro Jahr ausgeht. Der Vorteil an dieser Art der Lithium-Gewinnung: Verglichen mit dem zuvor beschriebenen Austrocknen der Salzseen in Südamerika entstehen durch dieses Verfahren nur minimale Umweltschäden. Das liegt insbesondere daran, dass die bestehende Infrastruktur der Geothermie-Anlagen für die Förderung des Lithiums genutzt werden kann. Außerdem fällt die CO2-Bilanz dieses Verfahrens – verglichen mit anderen traditionellen Methoden – sehr positiv aus.

Grimmer und Saravia haben bereits Patent für das Verfahren angemeldet und es soll nun eine Testanlage entwickelt werden, die an einer der drei Geothermie-Anlagen am Oberrheingraben aufgebaut werden soll. Sind die Testläufe mit dieser Anlage erfolgreich, wird eine Großanlage geplant.

Durch die Entwicklung dieses Verfahrens können somit regionale Wertschöpfungsketten aufgebaut - und neue Arbeitsplätze geschaffen werden.

Lithium-Ionen-Stromspeicher sind nach wie vor der Branchenstandard auf dem Markt. Denn sie sind leistungsstark und sicher. Doch wie du in unserem Artikel gesehen hast, ist die Öko-Bilanz nicht in jeder Hinsicht als positiv zu bewerten. In vielen Bereichen gibt es erhebliches Verbesserungspotenzial – insbesondere in Bezug auf den Umweltaspekt.

Doch die Vorteile der Nutzung von Lithium-Ionen-Stromspeichern sind ebenfalls nicht von der Hand zu weisen. Sie ermöglichen uns einen hohen Eigenverbrauch der aus PV-Anlagen gewonnenen Energie. Und je höher der Eigenverbrauch ist, desto weniger schmutziger Kohle- oder Atomstrom muss aus dem öffentlichen Netz bezogen werden. Es gilt also, ein umweltfreundlicheres Verfahren zur Lithium-Förderung zu entwickeln.

Durch ein nachhaltiges und lokales Verfahren wie das vom KIT entwickelte, könnte so die Lithiumgewinnung revolutioniert – und die Mobilitätswende entscheidend vorangetrieben werden. Die dadurch entstehenden kurzen Transportwege sowie das klimaschonende Gewinnungsverfahren des Lithiums hätten somit einen erheblichen positiven Einfluss auf die Ökobilanz von Lithium-Ionen-Stromspeichern.

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