Vorteile und Nachteile von Lithium-Ionen-Akkus – Umweltbilanz und Entsorgung

Lithium-Ionen Akkus sind als wiederaufladbare Speichergeräte in Haushaltsgeräten, PCs, Laptops, Tablets, Handys, Batteriespeicher von Photovoltaikanlagen bzw. für klimafreundliche Elektromobilität essentiell und sehr beliebt. Der Trend für den Einsatz dieser leistungsstarken Akkus ist weiter ungebrochen.

In Deutschland werden zukünftig sehr hohe Zulassungenszahlen der E-Autos erwartet. Die Bundesregierung plant bis Jahre 2030 zehn Millionen zugelassene Elektrofahrzeuge. Viele Verbraucher besitzen schon zahlreiche (Haushalts-) Geräte mit den leistungsfähigen und energieeffizienten Lithium-Ionen-Akkus. Daraus ergeben sich besondere Herausforderungen für die Verbraucher und Entsorger als auch für die richtige Entsorgung für ein ressourcenschonendes Recycling.

Lithium-Ionen-Akkus

Im Handel werden Lithium-Ionen-Akkus als Energiespeicher vorwiegend als Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxide basierende NMC-Akkumulatoren angeboten. Sie unterscheiden sich in ihrer Größe und Form sowie ihrer chemischen Zusammensetzung.

Lithium-Ionen-Akkusbesonders eignen sich besonders für mobile Einsätze, da diese klein und leicht sind. Je nach Bauart sind die Werte und Anforderungen für diese Akkumulatoren (wiederaufladbaren Batterien) unterschiedlich. Sie haben dann verschiedene Kenndaten wie den maximal erlaubten Lade-, Entladestrom und -schlussspannung, Temperaturempfindlichkeit und Zellspannung. Sie besitzen eine hohe Energiedichte aufgrund des Lithums und sind wiederaufladbar.

Vorteile von Lithium-Ionen-Akkus

Hohe Energiedichte und Leistungsfähigkeit

Lithium-Ionen-Akkus haben eine hohe Energiedichte aufgrund der enthaltenen Lithiumionen. Sie verfügen im Vergleich zu anderen Batterien über eine sehr hohe Leistung. Auch ihre Selbstentladung ist nur gering. Bisher bekannte Memory-Effete wie bei den bisher bekanten NiMH- und NiCd-Akkus treten nicht auf. Bei einem richtigen Umgang und sorgsamen Gebrauch sind diese sicher. Sie können bei falscher Lagerung oder Entsorung sich entzünden und zu schweren Bränden führen.

Wiederaufladbarkeit und Wiederverwendbarkeit

Ein weiterer Vorteil liegt in der wiederkehrenden Aufladefähigkeit. So müssen nicht leere Batterien nach ihrer Verwendung ausgetauscht und entsorgt werden. Das sie etwa tausend Mal und je nach Akku deutlich mehr aufgeladen werden können sind sie umweltschonend. Sie sparen Ressourcen, die bei der Herstellung von normalen Batterien anfallen würden. Nach einer Berechnung des Umweltbundesamtes lässt sich mit dem Einsatz dieser Akkus „etwa ein halbes Kilogramm klimarelevantes Kohlendioxid pro Servicestunde der Batterie sparen“.

Langlebigkeit

Die Lithium-Ionen-Batterien halten auf der Basis von Lithium-Eisen-Phosphat etwa fünf Mal länger als herkömmliche Blei-Säure-Akkus in Fahrzeugen. Sie sind zudem wartungsfrei. Für eine längere „Lebensdauer“ sind dementsprechende Bestimmungen zu beachten.

Für E-Autos ist der dort eingebaute Lithium-Ionen-Akku besonders effektiv, da die Aufladung insgesamt schneller als bei einem Blei-Akku ist. Aus diesem Grund sind die leichten und schnell aufladbaren Lithium-Ionen-Akkus in Elektrofahrzeugen verbaut. Zudem erreichen die Lithium-Ionen-Akkus auch kurzfristig genügend hohe Stromstärken wie für den Starter oder Zünder des Fahrzeugs.

Nachteile von Lithium-Ionen Akkus

Empfindlichkeit gegen über extremen Temperaturen

Ein Nachteil der Lithium-Ionen Akkus ist ihre Empfindlichkeit gegenüber zu hohen oder zu niedrigen Temperaturen. So vertragen diese starke Sonneneinstrahlung (ca. ab 50 Grad Celsius) oder kalte Temperaturen, besonders unterhalb von minus 20 Grad Celsius, nicht. Bei Betrieb schaltet sich dann das akkubetriebene Gerät automatisch aus.

Unsachgemäße Lagerung verkürzt Akku-Lebensdauer

Wenn der Lithium-Ionen-Akku längere Zeit nicht mehr geladen wird, kann er altern und ggf. nicht mehr funktionieren bzw. voll laden. Daher sollte man bei einer langen Nichtnutzung diesen spätestens nach sechs Monaten wieder aufladen. Darüber hinaus ist er gegen Überladen empfindlich, beispielsweise hat ein verbauter Akku in einem Laptop eine Schutzschaltung, die den Geräteausfall verhindern soll. Überladen als auch Tiefentladung kann die Lebensdauer des Akkumualtors stark verkürzen. Für seine richtige Nutzung soll er am besten mit ca. 20% Restladung geladen werden und bereits bei 90% wieder vom Ladestrom genommen werden. Der Akku sollte für seine optimal lange Lebensdauer bei Temperaturen von 10 bis 25 Grad gelagert werden.

Ein weiteres Problem ist, dass für seine Herstellung Ressourcen an endlichen Wertstoffen wie Kobalt, Lithium, Mangan, Nickel, Kupfer und anderen verwendet werden. Für eine positive Umwelt- und die Energiebilanz müssen diese zu einem genügend großem Anteil wieder recycelt werden.

Relevanz des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien und Umweltbilanz

Die Notwendigkeit des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien hat strategische Relevanz. Aus Altbatterien können Metalle wie Nickel, Kobalt, Lithium, Mangan, Kupfer, Eisen, Aluminium und sogar Silber zurückgewonnen und als Sekundärrohstoffe erneut verwendet werden. Ein Umstand, der unter den Zielen des European Green Deal bedeutend ist. Politische Ziele wie durch den European Green Deal von der Europäischen Kommission sind eine saubere und kreislauforientierte Wirtschaft und der Ausbau einer europäischen unabhändigen Wertschöpfungskette zur Entwickling der leistungsfähiger Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien, besonders für die Elektromobilität. Hierdurch sollen in hoher Reinheit die Grundstoffe wie Kobalt- Lithiumverbindungen- und Kobaltverbindungen im Kreislauf und somit der Wertschöpfungskette verbleiben. Damit würden sich die europäischen Länder unabhängiger von den teuren ausländischen Importen machen. Angesichts des raschen Zuwachses der E-Mobilität haben sich europäische Länder wie Deutschland, Frankreich und andere eine gemeinsame Strategie als sog. „Europäischer Batterien Airbus“ formuliert. Europäische Unternehmen sollen mit finanziell unterstützt werden, um ihre Produktionsstandorte und mehr Know-how in Europa zu entwickeln. Auf diese Weise kann umweltfreundliches, kosten-, energieeffizientes und sozialverträgliches Recycling realisiert und die europäische Wertschöpfungskette sich verwirklichen.

Fachgerechte Entsorgung von Lithium-Ionen-Akkus

Lithium-Ionen-Akkus dürfen nicht über den normalen Hausmüll entsorgt werden, sondern nur fachgerecht über spezielle Sammelstellen.

Die Rücknahme- und Anzeigepflichten sowie Verwertungsanforderungen werden durch das Batteriegesetz (BattG) geregelt. Die Hersteller sind nach §5 BattG verpflichtet Altbatterien, insbesondere Lithium-Ionen-Akkus, unentgeltlich zurückzunehmen. Diese sind nach dem Stand der Technik zu behandeln und stofflich zu verwerten (§14 BattG).

Der nicht in einem Gerät verbaute Lithium-Ionen-Akku sollte an einer für die Rücknahme geeigneten Sammelstelle abgegeben werden. Zu diesen Abgabestellen zählen Geschäfte, die Lithium-Ionen-Batterien und -Akkus verkaufen. Auch an Wertstoffhöfen und mobilen Schadstoffsammelstellen können diese abgegeben werden. Die für die Entsorgung ausgebauten Lithium-Ionen-Akkus sollten an ihren Polen vor einem möglichen Kurzschluss sicherheitshalber mit einem Isolierband abgeklebt werden. Auch bei einer längeren Lagerung sollten die Pole des Akku wegen der Brandgefahr abgeklebt werden.

Bei einer nicht fachgerechten Entsorgung über geeignete Sammelstellen oder Wertstoffhöfe besteht für den Verbraucher als auch die Entsorger eine hohe Brandgefahr. Die falsch entsorgten Batterien und Akkus können sich entzünden und es kann zu lebensgefährlichen Situationen durch Brand kommen. Aus diesem Grund gehören die Lithium-Ionen-Akkus und andere Batterien nicht über den normalen Hausmüll entsorgt. Hierdurch setzten sich die Verbraucher und auch die Mitarbeiter der Entsorgungsbetriebe möglichen Brandgefahren und Sachschäden aus.

Über die richtige Entsorgung können die wertvollen Basismaterialien wie Kobalt, Kupfer, Lithium, Mangan, Nickel und Zink zurückgewonnen und wieder effizient in den Stoffkreislauf gebracht werden, um bspw. wieder neue umweltfreundliche Akkus herzustellen. Die Sammelquote bei Batterien lag nach Berechnungen der Stiftung Gemeinsames Rücknahmesystem in Deutschland im Jahr 2021 bei knapp 51%. Sie hat damit noch die Marke von 50% der gesetzlichen Rücknahmepflicht erfüllt. Hiernach müsste zukünftig noch mehr richtig entsorgt werden, um eine möglichst hohe Recycling-Quote für neue Lithium-Ionen-Akkus und andere Batterien zu erzielen. Derzeit gelangen nur etwa die Hälfte der Batterien zurück in den Kreislauf. Nachteilig ist somit das wichtige und wenig verfügbare Stoffe wie Lithium verloren gehen, wenn diese nicht wieder über Recycling rückgeführt werden. Eine massive Erhöhung an Wiederverwertung bis zu 80% sollte für die Umwelt und Energiebilanz und Vermeidung von Bränden angestrebt werden.

Lithium-Ionen-Batterien in GSA Messgeräten nach UN 38.3 für höchste Sicherheit erfolgreich getestet

Die in den GSA Messgeräten eingebauten Lithium-Ionen-Batterien entsprechen den strengen und aktuellen Sicherheitstests nach UN 38.3 (UN-Handbuch, Teil III). Sie wurden hierzu von einer professionellen Prüfstelle extern geprüft. Die einzelnen Tests nach UN38.3 umfassen simulierte Bedingungen wie Aufprall, Druck, Quetschung und Transportbedingungen.

Alle in den GSA Messgeräten verbauten Lithium-Ionen-Batterien sind von höchster Qualität und Sicherheit für den Transport zu Lande, zu Wasser und in der Luft. Die in den GSA Messgeräten verbauten Lithium-Ionen-Batterien haben die folgenden Prüftests nach UN 38.3 erfolgreich bestanden:

  • Höhensimulation
  • Thermischer Test
  • Vibration
  • Schock
  • Externer Kurzschluss
  • Schlagwirkung
  • Überlasttest
  • Erzwungene Entladung

Quellen:

Bildquelle Beitragsbild: 123rf.com ©malp Bild Nr. 89035523

www.autobatterienbilliger.de/vorteile-lithium-batterie

www.batteriegesetz.de

www.bde.de/presse/faq-lithium-ionen-akkus/

www.bundesregierung.de/breg-de/themen/klimaschutz/klimaschonender-verkehr-1790050

www.erneuerbar-mobil.de/sites/default/files/2020-09/Strategiepapier-Mercator-Recycling-Batterien.pdf

www.gsa-messgeraete.de/Akku-Tests-UN383

www.grs-batterien.de/newsroom/details/grs-batterien-legt-erfolgskontrollen-fuer-2021-vor/

www.sonderabfall-wissen.de/wissen/lithium-batterien-und-lithium-ionen-akkus-eigenschaften-handhabung-lagerung-und-entsorgung/

www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/publikation/long/4414.pdf

de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Ionen-Akkumulator#Entsorgung

www.umweltbundesamt.de/umwelttipps-fuer-den-alltag/elektrogeraete/lithium-batterien-lithium-ionen-akkus#hintergrund

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