Mit dem zunehmenden Einsatz von Elektrofahrzeugen gibt es viel Wirbel um ihre Umweltverträglichkeit. Während die Auswirkungen des Betriebs von E-Autos im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren gering sind, zeigt sich bei genauerer Betrachtung aller Produktionsmittel und Bauteile, vor allem jedoch bei der Betrachtung der Batterien, eine andere Seite.
- Ökobilanz Lithium-Ionen-Batterien: Die wichtigsten Fakten auf einen Blick
- Möglichkeiten und Grenzen der Ökobilanzierung von Lithium-Ionen-Batterien
- Lithium-Ionen-Batterien und der Aufstieg von Elektrofahrzeugen
- Sind E-Autos umweltfreundlicher?
- Umweltauswirkungen von Lithium-Ionen-Batterien – ein wichtiger Faktor bei LCAs für Elektroautos
- Zukunftsaussichten: Forschung und Live LCA bei IPOINT
- Häufig gestellte Fragen
Ökobilanz Lithium-Ionen-Batterien: Die wichtigsten Fakten auf einen Blick
-
LCA-Studien zu Lithium-Ionen-Batterien kommen zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen – je nach Wirkungskategorien, Systemgrenzen und den der Analyse zugrunde liegenden Annahmen.
-
Aktuelle Studien beziffern die Treibhausgasemissionen der Zellproduktion auf rund 61 bis 106 kg CO₂-Äquivalent pro kWh Batteriekapazität – ein deutlicher Rückgang gegenüber früheren Schätzungen.
-
Die EU-Batterieverordnung 2023 macht die Ökobilanzierung zur gesetzlichen Pflicht: Ab Februar 2025 müssen Hersteller den CO₂-Fußabdruck von Traktionsbatterien offenlegen.
-
Recycling verbessert die Ökobilanz von Lithium-Ionen-Batterien – aber nur, wenn Energieeinsatz und zurückgewonnene Materialien sorgfältig bilanziert werden.
-
E-Autos schneiden beim Treibhauspotenzial besser ab als Verbrenner, können aber in Wirkungskategorien wie ökologischer Knappheit aufgrund des Materialbedarfs für Batterien schlechter abschneiden.
Möglichkeiten und Grenzen der Ökobilanzierung von Lithium-Ionen-Batterien
Das war der Titel des Vortrags, den Andreas Genest, Nachhaltigkeitsberater bei IPOINT, im Januar 2019 auf dem Batterie Forum Deutschland in Berlin hielt. Die dreitägige Konferenz mit 350 Teilnehmern aus Politik, Wissenschaft und Wirtschaft deckte ein breites Spektrum an Themen rund um Lithium-Ionen-Batterien ab, von der Herstellung und Beschaffung von Rohstoffen über die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse bis hin zu ihrem zunehmenden Einsatz in der Logistik und E-Mobilität.
Das Hauptaugenmerk galt der Ökobilanz (LCA) von Batterien beim Einsatz in der Elektromobilität, einem der am schnellsten wachsenden Sektoren für den Batteriebetrieb. Genest präsentierte verschiedene LCA-Studien von Lithium-Ionen-Batterien und veranschaulichte, warum die Studienergebnisse oft im Widerspruch zueinander stehen.
Lithium-Ionen-Batterien und der Aufstieg von Elektrofahrzeugen
In den vergangenen Jahren ist der Absatz von Elektroautos global deutlich gestiegen – und damit auch die Nachfrage nach Batterien, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien. Wie stark beeinflusst die Batterieproduktion also die gesamte Ökobilanz von Elektrofahrzeugen?
Ein allgemein verbreiteter Standpunkt ist, dass E-Autos zwar umweltfreundlicher zu betreiben sind als Autos mit Verbrennungsmotoren, ihre gesamten CO₂-Emissionen jedoch einfach von der Nutzungsphase auf die Produktionsphase verlagert werden. Laut LCA-Berater Andreas Genest ist diese Aussage meist wahr – schlägt aber gleichzeitig eine viel komplexere Frage vor.
„Es ist wichtig, genau zu untersuchen, worauf sich eine Ökobilanz konzentriert", betont Genest. „Bei so vielen verschiedenen Parametern, die es zu untersuchen gilt, kann es zu einer Vielzahl von Ergebnissen kommen." Bei der Analyse des Lebenszyklus eines Elektroautos sollte man den gesamten Prozess betrachten: von der Produktion des Fahrzeugs, einschließlich aller Vorketten, über die Nutzungsphase bis hin zu den End-of-Life-Prozessen.
Sind E-Autos umweltfreundlicher?
Eine häufig gestellte Frage ist, welcher Fahrzeugtyp umweltfreundlicher ist: Elektroautos oder solche mit „traditionellen" Verbrennungsmotoren?
Wenn man nur das Treibhauspotenzial (GWP) berücksichtigt, weisen gas- und dieselbetriebene Fahrzeuge die höchsten Treibhausgasemissionen auf, gefolgt von Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEV), Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen (PHEV) und schließlich reinen batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (BEV), die in der Regel die niedrigsten GWP aufweisen.
Aber es genügt nicht, nur das GWP der verschiedenen Fahrzeugtypen zu vergleichen. Wie Genest zeigt, berücksichtigt die Konzentration auf das GWP nur die Klimaauswirkungen und ignoriert dabei andere potenzielle Umweltauswirkungen, wodurch der Umfang der Ökobilanz eingeschränkt wird.
Bei der Einbeziehung anderer Umweltparameter ergibt sich ein anderes Bild: Während BEVs im Vergleich zum GWP besser abschneiden, schneiden sie in Kategorien wie „ökologische Knappheit" oder „Eutrophierung" aufgrund der Nachfrage nach bestimmten Materialien für die Batterieproduktion schlechter ab. Ein Blick auf das Gesamtbild zeigt, dass Elektroautos tendenziell umweltfreundlicher sind als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, aber sicherlich nicht in allen Wirkungskategorien hervorragende Ergebnisse erzielen.
Dies erklärt auch, warum verschiedene Ökobilanz-Studien zu Lithium-Ionen-Batterien so weit auseinanderliegen: Die Ergebnisse hängen von den Annahmen ab, die jeder Ökobilanz zugrunde liegen, und davon, welche Wirkungskategorien die Analyse betont hat.
„Deshalb ist der Vergleich zwischen Ökobilanzen immer noch extrem schwierig – jede Studie hängt von zu vielen Variablen ab", resümiert Andreas Genest. Die Studien zeigen sogar große Unterschiede beim geschätzten Anteil der Batterieproduktion an den Gesamtemissionen von Elektrofahrzeugen: Er wird mit 10 bis 35 Prozent angegeben.
Umweltauswirkungen von Lithium-Ionen-Batterien – ein wichtiger Faktor bei LCAs für Elektroautos
Es lohnt sich, einen genaueren Blick darauf zu werfen, was genau die Umweltauswirkungen von Batterien sind. Die mit Abstand kritischsten Phasen im Lebenszyklus einer Batterie sind die Produktion – insbesondere der damit einhergehende Energieverbrauch – und das Recycling, ein zunehmend wichtiges Thema.
Aktuelle Studien beziffern die Treibhausgasemissionen der Zellproduktion auf rund 61 bis 106 kg CO₂-Äquivalent pro kWh Batteriekapazität (IVL Swedish Environmental Research Institute, 2019). Diese Werte liegen deutlich unter früheren Schätzungen und zeigen, dass der Fertigungsprozess – insbesondere mit zunehmendem Einsatz erneuerbarer Energiequellen – effizienter wird.
Das folgende Sankey-Diagramm veranschaulicht die Material- und Energieströme während des Batterie-Recyclingprozesses und zeigt den Energiebedarf für die verschiedenen Trennschritte sowie die zurückgewonnenen Materialströme.
Schon in der ersten Recyclingphase – der Demontage – wird eine hohe Menge an Kupfer, Stahl und Aluminium gewonnen, wodurch fast 50 Prozent aller Materialien zurückgeführt werden können. Jeder weitere Schritt bringt zusätzliches Material, erfordert aber auch einen steigenden Energieeinsatz pro Einheit.
Die Frage ist: An welchem Punkt übersteigt der Energieeinsatz die zusätzlichen Gewinne? Bei der Analyse des Recyclingprozesses sollten verschiedene Wirkungskategorien berücksichtigt werden, einschließlich der „vermiedenen Auswirkungen" durch die Verwendung von rückgewonnenem gegenüber Rohmaterial.
Daher ist das Recycling nicht immer die beste Lösung. Irgendwann überschreitet man, je nach Ziel, die Kosten-Nutzen-Schwelle, und die Entscheidung ist möglicherweise nicht mehr eindeutig treffbar. Unter dem strikten Gesichtspunkt der Klimaauswirkungen mag weiteres Recycling keinen Sinn machen, aber es kann durchaus sinnvoll sein, wenn man sich auf die Rückgewinnung bestimmter seltener Materialien konzentriert.
Über das Recycling hinaus gewinnen Second-Life-Konzepte an Bedeutung: Ausgediente Traktionsbatterien lassen sich als stationäre Energiespeicher weiterverwenden und verbessern so ihre Gesamtökobilanz über mehrere Nutzungszyklen hinweg. Zugleich verpflichtet die EU-Batterieverordnung 2023 Hersteller ab Februar 2025 zur Offenlegung des CO₂-Fußabdrucks ihrer Traktionsbatterien – und macht damit die Ökobilanzierung von Lithium-Ionen-Batterien erstmals zur gesetzlichen Pflicht. Ab 2026 wird zudem ein digitaler Batteriepass verpflichtend, der unter anderem LCA-relevante Daten enthält.
Letztendlich ist es schwierig, Ökobilanzen zu verwenden, um allgemeine Schlussfolgerungen zu ziehen: Die zugrunde liegenden Annahmen jeder einzelnen Studie und die Wahl der Wirkungskategorien machen den Unterschied aus. Die Ökobilanzierung bleibt jedoch trotzdem ein hervorragendes Werkzeug, um einen bestimmten Parametersatz zu betrachten und spezifische Empfehlungen für die günstigsten Optionen unter diesen Parametern zu geben. Nach Ansicht von Andreas Genest sollte man dabei immer das Gesamtbild im Auge behalten.
Zukunftsaussichten: Forschung und Live LCA bei IPOINT
Angesichts der Schwierigkeit, die unterschiedlichen Ergebnisse verschiedener Ökobilanzen von Lithium-Ionen-Batterien zu vergleichen, schlossen sich die Universität Graz und IPOINT zusammen, um diesen Sachverhalt gezielt zu untersuchen und eigene Studien durchzuführen.
Das Battery Lab (BLB) der TU Braunschweig diente als erstes Testgelände für das Forschungsprojekt Live LCA, das IPOINT gemeinsam mit weiteren Partnern aus Industrie und Forschung von 2018 bis 2020 erfolgreich durchführte. Das Projekt kombinierte Ökobilanzierung (LCA) und Materialflusskostenrechnung (MFCA) mit Echtzeitdaten zu Energieeinsatz, Materialverbrauch und Abfallaufkommen – angetrieben von der Ökobilanzsoftware Umberto.
Im Rahmen des Projekts entstand eine Sachbilanz, die mit Primärdaten aus Datenbanken wie ecoinvent verknüpft werden kann, um ein Echtzeit-Lebenszyklusmodell zu realisieren. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen seither in IPOINTs Softwarelösungen für die Ökobilanzierung ein. Weitere Informationen zum abgeschlossenen Projekt sind auf der IPOINT-Projektseite verfügbar.
Häufig gestellte Fragen
Sind Lithium-Ionen-Batterien umweltfreundlich?
Lithium-Ionen-Batterien lassen sich nicht pauschal als umweltfreundlich oder umweltschädlich einordnen. Ihre Ökobilanz hängt stark von Produktionsmethode, Strommix und End-of-Life-Behandlung ab. Über den gesamten Lebenszyklus betrachtet schneiden Elektroautos mit Lithium-Ionen-Batterien beim Treibhauspotenzial jedoch deutlich besser ab als Verbrenner.
Wie viel CO₂ entsteht bei der Herstellung einer Lithium-Ionen-Batterie?
Aktuelle Studien beziffern die Treibhausgasemissionen der Zellproduktion auf rund 61 bis 106 kg CO₂-Äquivalent pro kWh Batteriekapazität. Bei einer typischen 60-kWh-Batterie entspricht das etwa 3,7 bis 6,4 Tonnen CO₂ – Werte, die mit zunehmendem Einsatz erneuerbarer Energien in der Fertigung weiter sinken.
Wie stark belastet die Batterieherstellung die Ökobilanz von Elektroautos?
Je nach Studie, Wirkungskategorie und Batteriegröße entfallen schätzungsweise 10 bis 35 Prozent der Gesamtemissionen eines Elektroautos auf die Batterieproduktion. Dieser Anteil wird durch einen zunehmend grüneren Strommix in der Zellherstellung kontinuierlich reduziert.
Welche Umweltfolgen haben Lithium-Ionen-Batterien?
Die größten Umweltauswirkungen entstehen in der Produktionsphase – vor allem durch den hohen Energiebedarf und die Gewinnung von Rohstoffen wie Lithium, Kobalt und Nickel. In Wirkungskategorien wie ökologischer Knappheit oder Eutrophierung können Lithium-Ionen-Batterien deutlich schlechter abschneiden als beim reinen Treibhauspotenzial.
Warum unterscheiden sich Ökobilanz-Studien zu Lithium-Ionen-Batterien so stark?
Jede Ökobilanzstudie basiert auf bestimmten Annahmen zu Strommix, Systemgrenzen, Wirkungskategorien und Datenbasis. Schon kleine Unterschiede in diesen Parametern können zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen führen – weshalb sich LCA-Studien zu Lithium-Ionen-Batterien kaum direkt miteinander vergleichen lassen.
Was fordert die EU-Batterieverordnung in Bezug auf die Ökobilanz?
Die EU-Batterieverordnung 2023 verpflichtet Hersteller von Traktionsbatterien ab Februar 2025 zur Offenlegung ihres CO₂-Fußabdrucks. Bis 2033 werden verbindliche CO₂-Grenzwerte eingeführt, und ab 2026 ist ein digitaler Batteriepass vorgeschrieben, der unter anderem LCA-relevante Daten enthält.
