Wolfgang Schröder - Photovoltaik & Batteriespeicher

Gebrauchte und unbeschädigte Blöcke können unter den gleichen und international gültigen Sicherheitsanforderungen wie neue transportiert werden. Problematisch sind aber Batterieblöcke mit einem Gewicht von mehr als einem halben Kilo und einer mechanischen Beschädigung. Hier ist der Transport in Deutschland nur unter bestimmten Bedingungen und Vorgaben der Bundesanstalt für Materialprüfung (BAM) erlaubt und muss zudem dort angemeldet werden. Die Batterieindustrie arbeitet unter Hochdruck im Eigeninteresse an einer Lösung des Transportproblems. So werden durch die gegründete Stiftung Gemeinsames Rücknahmesystem (GRS) seit einigen Jahren flächendeckende Rücknahme- und Entsorgungssysteme für Lithium-Batterien betrieben. Seit Mitte 2013 steht ein von der BAM geprüftes Transportsystem zur Verfügung, welches auch die Entsorgung beschädigter großer Lithium-Batterien sicherstellt. Dieses ist so konstruiert, dass der Akku darin notfalls kontrolliert abbrennen kann.

Die etablierten Recyclingprozesse für Altbatterien und -akkus konzentrieren sich vor allem auf die Rückgewinnung von Quecksilber, Cadmium, Blei, Zink, Eisen, Aluminium, Nickel, Kupfer, Silber, Mangan und Kobalt. Mit der Wiedergewinnung dieser Stoffe kann unter anderem die umweltbelastende Primärgewinnung vieler Rohstoffe reduziert werden. Wertvolle Beiträge zum Umwelt- und Ressourcenschutz werden dadurch geleistet.

Ausgediente größere Akkus, insbesondere Lithium-Ionen-Akkus, nehmen, wenn diese unbeschädigt sind, einen anderen Weg. Sie werden zum Recycling zu Unternehmen wie der Redux Recycling GmbH in Bremerhaven oder in die europäischen Nachbarländer gebracht, etwa zur Snam in Saint Florent oder zur Umicore in Belgien. Dort werden die Materialien getrennt. Die Menge an großen Batterien, die dort landen, ist aktuell noch überschaubar; wenn einzelne Module der Lithium-Akkus in der Leistung nachlassen, können sie ausgewechselt werden. Der geringe Anteil Lithium in den Akkus von oft nur einem Prozent des Gewichts soll das Recycling übrigens nicht lohnen, zudem ist Lithium nicht teuer. Wiederverwertet werden aber andere Metalle wie Kobalt und Kupfer.

Wegen der langen Lebensdauer ist die bisher angefallene Menge an Lithium-Akkus noch gering – von einigen Herstellern ist zu hören, sie suchten defekte Exemplare, um sie untersuchen zu können, es seien aber kaum welche zu finden.

Die Bundesregierung fördert schon seit dem Jahr 2009 Forschungs- und Entwicklungsprojekte im Rahmen der Elektromobilitätsforschung, um Behandlungs- und Recyclingprozesse zu verbessern. Aus den zahlreichen Förderaktivitäten der letzten Jahre ist das Interesse der Bundesregierung zu erkennen, nicht nur die Batterietechnik für die Elektromobilität, sondern auch die zugehörigen Recyclingtechniken zu fördern.

Mit zunehmenden Anwendungen, sei es in der Elektromobilität oder den industriellen bzw. regenerativen Stromerzeugungsanwendungen, wird sich das Rücknahme- und Recyclingthema sicher verdichten. Die rechtliche Unterscheidung zwischen Geräte- und Industriebatterien wird von Recyclingunternehmen kritisiert. In der Sammel- und Recyclingpraxis würde es zunehmend schwerer werden, Industrievon Gerätebatterien auseinanderzuhalten. So finde eine immer stärkere Durchmischung dieser Klassen in den Batterieabfällen statt, die sich auch bei der Verarbeitung optisch nicht viel unterschieden und damit praktisch nicht mehr auseinanderzuhalten seien. Damit fließen die Industriebatterien in zunehmendem Maße in die Sammel- und Recyclingquoten der Gerätebatterien ein. Mit der Novelle der Batterierichtlinie und des Batteriegesetzes sei zudem eine Anpassung der Berechnung von Recyclingquoten zum Beispiel für alle kritischen Metalle in Li-Zellen – wie Lithium, Kobalt, Nickel – notwendig, um gerade bei der Zunahme der Elektromobilität für diesen stark wachsenden Markt auch zukünftig genügend Rohstoffe zur Verfügung zu haben.

Weiterhin bleibt abzuwarten, ob die von den Herstellern angepriesene Lebensdauer der Batteriespeicher annähernd erreicht wird und welche modularen Austauscheinheiten entwickelt werden, um gegebenenfalls das Handling der Rücknahme und des Recyclings zu erleichtern.

Darüber hinaus werden alternative Batteriesysteme entwickelt und in den Markt gebracht, so zum Beispiel die Salzwasserbatterie. Die Vorteile der Salzwasserbatterie liegen im geringen Verbrauch seltener Erden bei der Herstellung. Sie gilt als tiefentladefest, besitzt jedoch eine geringere Energiedichte als Li-Batterien. Mit dem Einsatz von Natrium anstatt Lithium gilt diese Batterie aber als nachhaltiger.

Die Photovoltaik bietet vielfältige Möglichkeiten der Stromerzeugung und -nutzung, sei es zur Steigerung des regenerativen Stromanteils im Strommix oder zur Eigenstromversorgung. Im Jahr 2019 wurden rund 7 Prozent des benötigten Stroms in Deutschland durch Photovoltaik produziert. Vor zehn Jahren waren es nur etwa 1 Prozent. Anfang Oktober 2020 wurde der Wert des Vorjahrs bereits übertroffen und die Erzeuger erneuerbarer Energien gewinnen gegenüber den fossilen Energieerzeugern sogar die Oberhand.

In der Osterwoche 2020 konnte bundesweit der bislang höchste Wert an PV-Stromproduktion auf Wochenbasis ermittelt werden. Bei wolkenlosem Himmel und einer eher geringen Stromnachfrage aufgrund der Eindämmungsmaßnahmen der Corona-Pandemie gab es einen Anteil von 23 Prozent an der Nettostromerzeugung, wie Energy Charts vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) veröffentlichte. Damit erzeugten die Photovoltaikanlagen mehr Strom als die Windparks. Insgesamt lag der Anteil der erneuerbaren Energien an der Nettostromerzeugung bei 55,5 Prozent, wie aus den Daten von Energy Charts weiter hervorgeht.

Wie bereits aus den Grundlagen der Einstrahlung dargestellt, ergibt sich durch die PV der Nachteil einer nicht konstanten Energieversorgung, welche sehr tageszeit- und wetterabhängig ist. Dies trifft natürlich auch auf die Windkraft zu.

Etwas besser sieht es jedoch bei der örtlichen dezentralen Energieversorgung aus, wenn man die Stromdeckungsquote z. B. bei einem Einfamilienhaus betrachtet. Hier können je nach Betriebsart (mit oder ohne Speicher) und Haushaltstechnik (Elektrogeräte, Heizung) zwischen 30 und 70 Prozent des Strombedarfs von einer PV-Anlage gedeckt werden. Aber auch hier hängt dies stark von den einzelnen Gegebenheiten ab, welche aber besser steuerbar sind.

Eine 100-prozentige Deckung des Strombedarfs ist theoretisch denkbar, soweit PV-Anlage, Speicher sowie Stromverteilung dem Energiebedarf des Wohnhauses durch intelligente Systeme angepasst sind und sich dabei Lastspitzen komplett abdecken lassen können. Für einen durchschnittlichen Vier-Personen-Haushalt ergibt sich ein durchschnittlicher Stromverbrauch von rund 5 000 kWh pro Jahr. Die theoretische Deckung des Stromverbrauchs ließe sich daher bereits durch eine PV-Anlage mit einer Leistung von 5 kWp bei optimaler Ausrichtung erreichen. Schwachpunkt ist und bleibt aber die tages- und jahreszeitliche Schwankung an solarem Einstrahlungsangebot, bei dem es im Sommer zu einer überschüssigen Stromproduktion und im Winter zu einem Produktionsdefizit kommt. Können tageszeitliche Schwankungen noch mit einem Batteriespeicher ausgeglichen werden, sind saisonale Ausgleichsmöglichkeiten zumindest mit den derzeit zur Verfügung stehenden technischen Möglichkeiten kaum wirtschaftlich zu realisieren, ohne dass die PV-Anlage selbst erheblich vergrößert werden muss. Dies wird auch in naher Zukunft noch so sein, soweit nicht andere Energieformen und Speichersysteme (z. B. Wasserstoff) einem schnelleren technischen Fortschritt unterliegen, die ganz neue Anwendungsmöglichkeiten bei der verlustfreien Speicherung und somit die erforderlichen Deckungsquoten ermöglichen.