Traktionsbatterien in der Kreislaufwirtschaft

MEHR ALS NUR RECYCLING?

Wer kennt es nicht? Sobald die Fernbedienung oder das Spielzeug den Geist aufgeben, werden die leeren Batterien ausgewechselt und in die Sammelbox oder umfunktionierte Brotdose geworfen. Was zunächst in Vergessenheit gerät, wird nach mehreren Monaten wieder herausgekramt und beim nächsten Besuch des Drogeriemarkts für das Recycling zurückgebracht. Batterien werden recycelt. Das ist gut für die Umwelt und fester Bestandteil unseres Alltags.

Aber was ist nun, wenn das Produkt keine Fernbedienung, sondern ein Elektroauto ist und die darin enthaltenen Lithium-Ionen-Batterien 10-mal größer sind? Wie funktioniert es dann? Werden sogenannte Traktionsbatterien am Ende ihrer Nutzung ebenso recycelt, um die unerwünschten Umweltauswirkungen der Batterieherstellung zu reduzieren? Oder gibt es noch weitere

„DIE UMSETZUNG EINER KREISLAUFWIRTSCHAFT FÜR TRAKTIONSBATTERIEN MAXIMIERT DIE RESSOURCENEFFIZIENZ, REDUZIERT DIE UMWELTAUSWIRKUNGEN UND FÖRDERT EIN NACHHALTIGES BATTERIE-ÖKOSYSTEM.“

Batterien gelten als Schlüsseltechnologie für die Elektrifizierung der Mobilitätsbranche und sind ein wichtiger Bestandteil für eine umweltbewusstere Zukunft. So können Batterien z.B. durch eine wartungs- und recyclinggerechte Gestaltung oder eine effektive Verwertungs- und Recyclingstrategie zu einer effizienten Nutzung von Ressourcen beitragen. Kreislauffördernde Maßnahmen für Batterien sind vielfältig, haben im Kern aber immer das gleiche Ziel: Batteriestoffkreisläufe schließen und so die Umwelt- und Wirtschaftsfähigkeit maximieren. Um einen umfassenden Überblick an vielversprechenden Hebeln zu erhalten, lohnt sich ein Blick auf die einzelnen Lebensphasen einer Batterie (s. Abbildung). Schnell wird deutlich: Im Vergleich zu unseren Batterien zuhause, ist eine Kreislaufwirtschaft von Traktionsbatterien mehr als nur das Recycling! Werfen wir einen Blick auf und die Möglichkeiten für Traktionsbatterien in einer Kreislaufwirtschaft in den verschiedenen Lebensphasen.

ABBILDUNG: TRAKTIONSBATTERIEN IN EINER KREISLAUFWIRTSCHAFT MIT MAßNAHMEN ÜBER DEN GANZEN LEBENSZYKLUS.

I. Technische Entwicklung:

  • Anwendung von Ökodesign-Grundsätzen (Design for Circularity) zur Gewährleistung einer Wiederverwertbarkeit und einer einfachen Demontage.
  • Verbesserung der Energiedichte und Lebensdauer zur Verlängerung der Nutzungsphase der Batterie.
  • Förderung standar disierter Batteriekomponenten zur Erleichterung von Reparatur und Wiederaufbereitung.

 

DeepDive „Design for Circularity”

Design for Circularity umfasst entscheidende Strategien, die die verschiedenen Phasen der Ressourcennutzung und der Abfallbewirtschaftung in einer Kreislaufwirtschaft beeinflussen. Ursprünglich bekannt als die ‘6 R’s’ der Kreislaufwirtschaft, werden heute bis zu 10 verschiedene Strategien unterschieden: Refuse, Rethink, Reduce, Reuse, Repair, Refurbish, Remanufacture, Repurpose, Recycle und Recover. Jede Kreislaufstrategie trägt dazu bei, den Wert unserer begrenzten Rohstoffe zu bewahren und zurückgewinnen zu können.

II. Produktion:

  • Reduzierung der Abfallaufkommen und Implementierung eines Systems zur Rückgewinnung von Materialien in geschlossenen Kreisläufen.

 

III. Nutzung:

  • Förderung eines verantwortungsvollen Verbrauchsverhaltens, um die Lebensdauer der Batterien zu verlängern.
  • Entwicklung intelligenter Lade- und Nutzungsstrategien zur Optimierung der Batterieleistung sowie Nutzenintensivierung.
  • Förderung von Energiespeicherlösungen, die Nachfragesteuerung und Netzstabilisierung ermöglichen.

 

IV. End-of-Life (EOL):

  • Einrichtung effizienter Sammel- und Recyclingsysteme inkl. Rücknahme- und Herstellerverantwortungsprogramme zur Rückgewinnung der Batterien.
  • Ermutigung der Verbraucher zur Rückgabe gebrauchter Batterien an ausgewiesenen Sammelstellen. Möglichkeit der Wiederverwendung von Batterien oder deren Komponenten in einem anderen Anwendungskontext (Second-Life), z.B. in stationären Speichersystemen oder Ladestationen für Elektrofahrzeuge. à Reusing/Repurposing
  • Überarbeitung gebrauchter Batterien in einen nahezu neuwertigen Zustand und dadurch erneute Einführung in den Markt. à Remanufacturing
  • Verbesserung und Erneuerung der gebrauchten Batterien, z.B. durch den Austausch von Steuerungselementen und Modulen, um ihre Lebensdauer zu verlängern und ihre Effizienz zu steigern. à Refurbishment
  • Wiedernutzung von Batteriematerialien als Sekundärmaterial, welches anstelle von Primärmaterial für die Herstellung neuer Batterien verwendet wird à Recycling

„INNERHALB EINER KREISLAUFWIRTSCHAFT KÖNNEN KOMPLEXE ZIELKONFLIKTE ENTSTEHEN, DIE DAS ERREICHEN EINER KREISLAUFWIRTSCHAFT VERZÖGERN.“

Kostenersparnis Primär- vs. Sekundärmaterialien

Die Herstellung neuer Batterien aus Primärrohstoffen kann anfangs kostengünstiger sein als aus Sekundärrohstoffen. Jedoch möchte kaum jemand ein deutliches teureres Auto kaufen, nur weil es aus recycelten Materialien besteht. Die Herausforderung besteht darin, eine ausgewogene Balance zwischen den kurzfristigen Kosten für Primärmaterialien und den langfristigen Vorteilen einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft zu finden.

Entscheidung über Weiternutzungsart

Sollten wertvolle Rohstoffe direkt in neuen Batterien recycelt werden? Oder ist es besser, eine einfachere Lösung wie Second-Life oder Refurbishment zu wählen?Mit dieser Fragestellung sehen sich Verantwortliche bei der Entscheidung über die Weiternutzungsart von Batterien konfrontiert. Ebenso fraglich ist, inwiefern eine lange Lebenszeit der Batterie angestrebt werden sollte. Dadurch werden zwar positive Auswirkungen auf die Rentabilität der ursprünglichen Investitionen erreicht. Gleichzeitig verzögern die längeren Lebenszeiten jedoch die Verfügbarkeit von Sekundärrohstoffen, da die Batterien länger im Einsatz bleiben.

Fehlende Zerlegbarkeit

Vielen der am Markt bestehenden Produkte fehlt die Zerlegbarkeit für EOL-Anwendungen. Während der Fokus der Fahrzeughersteller darauf liegt, eine optimale Batterieleistung für ihre Elektrofahrzeuge zu erzielen, führt das zunehmende komplexe Design dazu, dass sowohl die Demontage als auch das Recycling erschwert wird. Somit müssen sich die EOL-Manager (Demontagebetriebe und Recycler) vermehrt der Herausforderung stellen, eine Balance zwischen der betriebswirtschaftlichen bzw. technisch optimierten Leistungsfähigkeit und der angestrebten Umsetzung von Design for Circularity Strategien zu finden.

Fehlende Nachverfolgung / Fehlende Produktinformation

Für einen optimierten Recyclingprozess und eine hochwertige Second-Life-Anwendung benötigen alle involvierten Akteure dynamische sowie akkurate Daten über die Leistung und den Zustand der Batterien am Ende ihrer Lebensdauer. Dafür müssen die notwendigen Daten einheitlich und möglichst lückenlos gesammelt, gespeichert und zur Verfügung gestellt werden. Eine Prämisse, von der wir heute noch weit entfernt sind. Für die Zukunft ist daher entscheidend, dass ein ausgewogener Ansatz entwickelt wird, der den Informationsbedarf respektiert und gleichzeitig Schutzmechanismen für intellektuelles Eigentum und Daten implementiert. Nur so können Effizienz und Nachhaltigkeit des Batterie-Recyclingprozesses maximiert werden.

 

„EIN DIGITAL PRODUCT PASSPORT (DPP) KANN DABEI UNTERSTÜTZEN, EIN PRODUKT/EINE BATTERIE HIN ZUR KREISLAUFWIRTSCHAFT ZU OPTIMIEREN UND ZIELKONFLIKTE ZU LÖSEN.“

Die EU hat sich zum Ziel gesetzt, mithilfe digital gespeicherten Informationen mehr Transparenz zu gewährleisten. Im Dezember 2023 haben die EU-Institutionen hierfür eine vorläufige Vereinbarung über die Bestimmungen der ‘Ecodesign for Sustainable Products Directive’ getroffen, die die bestehende ‘Ecodesign Directive’ verschärfen soll. Bereits im August 2023 ist die ‘New EU Batteries Regulation’ in Kraft getreten, welche konkret die ESG-Auswirkungen von Batterien reguliert. Beide Vorschläge bilden die Voraussetzungen für die Einführung eines DPP.

Ein DPP – oder auch Battery Passport – ist ein elektronischer Datensatz. Er enthält alle relevanten Informationen des gesamten Lebenszyklus’ eines Produktes bzw. einer Batterie. Dazu gehören Materialzusammensetzung, Recyclinganteile, Herkunft, Beschaffungsnachweise, Produkteigenschaften, Sicherheitsanforderungen und Umweltauswirkungen wie beispielsweise CO2-Emissionen. Ziel des DPP ist es, die Transparenz und Nachverfolgbarkeit zu verbessern und alle relevanten Informationen für die Akteure der Wertschöpfungskette nachvollziehbar und barrierefrei zur Verfügung zu stellen. Dies erleichtert die Umsetzung kreislaufwirtschaftlicher Maßnahmen, z.B. durch datenbasierte Produktoptimierungen im Sinne des Ecodesigns und trägt zur Lösung der genannten Zielkonflikte bei.

„DURCH DIE STRATEGISCHE PARTNERSCHAFT MIT CIRCULARISE BIETET P3 EINE EINHEITLICHE LÖSUNG FÜR DIE VOLLSTÄNDIGE TRANSPARENZ DER LIEFERKETTE UND DIE EINHALTUNG AKTUELLER UND ZUKÜNFTIGER VORSCHRIFTEN“

P3 bietet ganzheitliche Ansätze, um bei der Implementierung einer Kreislaufwirtschaft zu unterstützen. Dabei greift P3 auf zahlreiche Life Cycle Assessment (LCA) zurück, die zur Ermittlung der CO2– und Umweltbilanz von Produkten für eine vollständige Dokumentation im DPP zwingend notwendig ist.

Darüber hinaus kooperiert P3 mit dem DPP-Provider Circularise (Quick Link), einem führenden Anbieter von Battery Passports. Ziel dieser Partnerschaft ist es, die Batterie- und Automobilbranche zu revolutionieren, indem eine einheitliche Lösung für die vollständige Transparenz der Batterie-Lieferkette angeboten wird.

Circularise bringt eine einzigartige Expertise im Bereich der Battery Passport Technologie ein, während P3 über mehr als zwei Jahrzehnte Erfahrung in der strategischen Beratung von OEMs verfügt. Auf diese Weise wird der Aufbau einer robusten Infrastruktur für DPPs beschleunigt, die die Grundlage für eine erfolgreiche Kreislaufwirtschaft in der Batterie- und Automobilbranche bildet. So werden wir es zukünftig schaffen, nicht nur Batterien von zuhause, sondern auch Traktionsbatterien ganzheitlich zu nutzen und im Kreis zu führen.

Autoren

Tobias Liebe

Jonas Wilhelm

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Simon Jung

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Traktionsbatterien in der Kreislaufwirtschaft

Traktionsbatterien in der Kreislaufwirtschaft

MEHR ALS NUR RECYCLING?

Wer kennt es nicht? Sobald die Fernbedienung oder das Spielzeug den Geist aufgeben, werden die leeren Batterien ausgewechselt und in die Sammelbox oder umfunktionierte Brotdose geworfen. Was zunächst in Vergessenheit gerät, wird nach mehreren Monaten wieder herausgekramt und beim nächsten Besuch des Drogeriemarkts für das Recycling zurückgebracht. Batterien werden recycelt. Das ist gut für die Umwelt und fester Bestandteil unseres Alltags.

Aber was ist nun, wenn das Produkt keine Fernbedienung, sondern ein Elektroauto ist und die darin enthaltenen Lithium-Ionen-Batterien 10-mal größer sind? Wie funktioniert es dann? Werden sogenannte Traktionsbatterien am Ende ihrer Nutzung ebenso recycelt, um die unerwünschten Umweltauswirkungen der Batterieherstellung zu reduzieren? Oder gibt es noch weitere

„DIE UMSETZUNG EINER KREISLAUFWIRTSCHAFT FÜR TRAKTIONSBATTERIEN MAXIMIERT DIE RESSOURCENEFFIZIENZ, REDUZIERT DIE UMWELTAUSWIRKUNGEN UND FÖRDERT EIN NACHHALTIGES BATTERIE-ÖKOSYSTEM.“

Batterien gelten als Schlüsseltechnologie für die Elektrifizierung der Mobilitätsbranche und sind ein wichtiger Bestandteil für eine umweltbewusstere Zukunft. So können Batterien z.B. durch eine wartungs- und recyclinggerechte Gestaltung oder eine effektive Verwertungs- und Recyclingstrategie zu einer effizienten Nutzung von Ressourcen beitragen. Kreislauffördernde Maßnahmen für Batterien sind vielfältig, haben im Kern aber immer das gleiche Ziel: Batteriestoffkreisläufe schließen und so die Umwelt- und Wirtschaftsfähigkeit maximieren. Um einen umfassenden Überblick an vielversprechenden Hebeln zu erhalten, lohnt sich ein Blick auf die einzelnen Lebensphasen einer Batterie (s. Abbildung). Schnell wird deutlich: Im Vergleich zu unseren Batterien zuhause, ist eine Kreislaufwirtschaft von Traktionsbatterien mehr als nur das Recycling! Werfen wir einen Blick auf und die Möglichkeiten für Traktionsbatterien in einer Kreislaufwirtschaft in den verschiedenen Lebensphasen.

ABBILDUNG: TRAKTIONSBATTERIEN IN EINER KREISLAUFWIRTSCHAFT MIT MAßNAHMEN ÜBER DEN GANZEN LEBENSZYKLUS.

I. Technische Entwicklung:

  • Anwendung von Ökodesign-Grundsätzen (Design for Circularity) zur Gewährleistung einer Wiederverwertbarkeit und einer einfachen Demontage.
  • Verbesserung der Energiedichte und Lebensdauer zur Verlängerung der Nutzungsphase der Batterie.
  • Förderung standar disierter Batteriekomponenten zur Erleichterung von Reparatur und Wiederaufbereitung.

 

DeepDive „Design for Circularity”

Design for Circularity umfasst entscheidende Strategien, die die verschiedenen Phasen der Ressourcennutzung und der Abfallbewirtschaftung in einer Kreislaufwirtschaft beeinflussen. Ursprünglich bekannt als die ‘6 R’s’ der Kreislaufwirtschaft, werden heute bis zu 10 verschiedene Strategien unterschieden: Refuse, Rethink, Reduce, Reuse, Repair, Refurbish, Remanufacture, Repurpose, Recycle und Recover. Jede Kreislaufstrategie trägt dazu bei, den Wert unserer begrenzten Rohstoffe zu bewahren und zurückgewinnen zu können.

II. Produktion:

  • Reduzierung der Abfallaufkommen und Implementierung eines Systems zur Rückgewinnung von Materialien in geschlossenen Kreisläufen.

 

III. Nutzung:

  • Förderung eines verantwortungsvollen Verbrauchsverhaltens, um die Lebensdauer der Batterien zu verlängern.
  • Entwicklung intelligenter Lade- und Nutzungsstrategien zur Optimierung der Batterieleistung sowie Nutzenintensivierung.
  • Förderung von Energiespeicherlösungen, die Nachfragesteuerung und Netzstabilisierung ermöglichen.

 

IV. End-of-Life (EOL):

  • Einrichtung effizienter Sammel- und Recyclingsysteme inkl. Rücknahme- und Herstellerverantwortungsprogramme zur Rückgewinnung der Batterien.
  • Ermutigung der Verbraucher zur Rückgabe gebrauchter Batterien an ausgewiesenen Sammelstellen. Möglichkeit der Wiederverwendung von Batterien oder deren Komponenten in einem anderen Anwendungskontext (Second-Life), z.B. in stationären Speichersystemen oder Ladestationen für Elektrofahrzeuge. à Reusing/Repurposing
  • Überarbeitung gebrauchter Batterien in einen nahezu neuwertigen Zustand und dadurch erneute Einführung in den Markt. à Remanufacturing
  • Verbesserung und Erneuerung der gebrauchten Batterien, z.B. durch den Austausch von Steuerungselementen und Modulen, um ihre Lebensdauer zu verlängern und ihre Effizienz zu steigern. à Refurbishment
  • Wiedernutzung von Batteriematerialien als Sekundärmaterial, welches anstelle von Primärmaterial für die Herstellung neuer Batterien verwendet wird à Recycling

„INNERHALB EINER KREISLAUFWIRTSCHAFT KÖNNEN KOMPLEXE ZIELKONFLIKTE ENTSTEHEN, DIE DAS ERREICHEN EINER KREISLAUFWIRTSCHAFT VERZÖGERN.“

Kostenersparnis Primär- vs. Sekundärmaterialien

Die Herstellung neuer Batterien aus Primärrohstoffen kann anfangs kostengünstiger sein als aus Sekundärrohstoffen. Jedoch möchte kaum jemand ein deutliches teureres Auto kaufen, nur weil es aus recycelten Materialien besteht. Die Herausforderung besteht darin, eine ausgewogene Balance zwischen den kurzfristigen Kosten für Primärmaterialien und den langfristigen Vorteilen einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft zu finden.

Entscheidung über Weiternutzungsart

Sollten wertvolle Rohstoffe direkt in neuen Batterien recycelt werden? Oder ist es besser, eine einfachere Lösung wie Second-Life oder Refurbishment zu wählen?Mit dieser Fragestellung sehen sich Verantwortliche bei der Entscheidung über die Weiternutzungsart von Batterien konfrontiert. Ebenso fraglich ist, inwiefern eine lange Lebenszeit der Batterie angestrebt werden sollte. Dadurch werden zwar positive Auswirkungen auf die Rentabilität der ursprünglichen Investitionen erreicht. Gleichzeitig verzögern die längeren Lebenszeiten jedoch die Verfügbarkeit von Sekundärrohstoffen, da die Batterien länger im Einsatz bleiben.

Fehlende Zerlegbarkeit

Vielen der am Markt bestehenden Produkte fehlt die Zerlegbarkeit für EOL-Anwendungen. Während der Fokus der Fahrzeughersteller darauf liegt, eine optimale Batterieleistung für ihre Elektrofahrzeuge zu erzielen, führt das zunehmende komplexe Design dazu, dass sowohl die Demontage als auch das Recycling erschwert wird. Somit müssen sich die EOL-Manager (Demontagebetriebe und Recycler) vermehrt der Herausforderung stellen, eine Balance zwischen der betriebswirtschaftlichen bzw. technisch optimierten Leistungsfähigkeit und der angestrebten Umsetzung von Design for Circularity Strategien zu finden.

Fehlende Nachverfolgung / Fehlende Produktinformation

Für einen optimierten Recyclingprozess und eine hochwertige Second-Life-Anwendung benötigen alle involvierten Akteure dynamische sowie akkurate Daten über die Leistung und den Zustand der Batterien am Ende ihrer Lebensdauer. Dafür müssen die notwendigen Daten einheitlich und möglichst lückenlos gesammelt, gespeichert und zur Verfügung gestellt werden. Eine Prämisse, von der wir heute noch weit entfernt sind. Für die Zukunft ist daher entscheidend, dass ein ausgewogener Ansatz entwickelt wird, der den Informationsbedarf respektiert und gleichzeitig Schutzmechanismen für intellektuelles Eigentum und Daten implementiert. Nur so können Effizienz und Nachhaltigkeit des Batterie-Recyclingprozesses maximiert werden.

 

„EIN DIGITAL PRODUCT PASSPORT (DPP) KANN DABEI UNTERSTÜTZEN, EIN PRODUKT/EINE BATTERIE HIN ZUR KREISLAUFWIRTSCHAFT ZU OPTIMIEREN UND ZIELKONFLIKTE ZU LÖSEN.“

Die EU hat sich zum Ziel gesetzt, mithilfe digital gespeicherten Informationen mehr Transparenz zu gewährleisten. Im Dezember 2023 haben die EU-Institutionen hierfür eine vorläufige Vereinbarung über die Bestimmungen der ‘Ecodesign for Sustainable Products Directive’ getroffen, die die bestehende ‘Ecodesign Directive’ verschärfen soll. Bereits im August 2023 ist die ‘New EU Batteries Regulation’ in Kraft getreten, welche konkret die ESG-Auswirkungen von Batterien reguliert. Beide Vorschläge bilden die Voraussetzungen für die Einführung eines DPP.

Ein DPP – oder auch Battery Passport – ist ein elektronischer Datensatz. Er enthält alle relevanten Informationen des gesamten Lebenszyklus’ eines Produktes bzw. einer Batterie. Dazu gehören Materialzusammensetzung, Recyclinganteile, Herkunft, Beschaffungsnachweise, Produkteigenschaften, Sicherheitsanforderungen und Umweltauswirkungen wie beispielsweise CO2-Emissionen. Ziel des DPP ist es, die Transparenz und Nachverfolgbarkeit zu verbessern und alle relevanten Informationen für die Akteure der Wertschöpfungskette nachvollziehbar und barrierefrei zur Verfügung zu stellen. Dies erleichtert die Umsetzung kreislaufwirtschaftlicher Maßnahmen, z.B. durch datenbasierte Produktoptimierungen im Sinne des Ecodesigns und trägt zur Lösung der genannten Zielkonflikte bei.

„DURCH DIE STRATEGISCHE PARTNERSCHAFT MIT CIRCULARISE BIETET P3 EINE EINHEITLICHE LÖSUNG FÜR DIE VOLLSTÄNDIGE TRANSPARENZ DER LIEFERKETTE UND DIE EINHALTUNG AKTUELLER UND ZUKÜNFTIGER VORSCHRIFTEN“

P3 bietet ganzheitliche Ansätze, um bei der Implementierung einer Kreislaufwirtschaft zu unterstützen. Dabei greift P3 auf zahlreiche Life Cycle Assessment (LCA) zurück, die zur Ermittlung der CO2– und Umweltbilanz von Produkten für eine vollständige Dokumentation im DPP zwingend notwendig ist.

Darüber hinaus kooperiert P3 mit dem DPP-Provider Circularise (Quick Link), einem führenden Anbieter von Battery Passports. Ziel dieser Partnerschaft ist es, die Batterie- und Automobilbranche zu revolutionieren, indem eine einheitliche Lösung für die vollständige Transparenz der Batterie-Lieferkette angeboten wird.

Circularise bringt eine einzigartige Expertise im Bereich der Battery Passport Technologie ein, während P3 über mehr als zwei Jahrzehnte Erfahrung in der strategischen Beratung von OEMs verfügt. Auf diese Weise wird der Aufbau einer robusten Infrastruktur für DPPs beschleunigt, die die Grundlage für eine erfolgreiche Kreislaufwirtschaft in der Batterie- und Automobilbranche bildet. So werden wir es zukünftig schaffen, nicht nur Batterien von zuhause, sondern auch Traktionsbatterien ganzheitlich zu nutzen und im Kreis zu führen.

Autoren

Tobias Liebe

Jonas Wilhelm

Simon Jung

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