Wie sieht die Batterie der Zukunft aus?

Der Ruf nach einem schnellen Wandel hin zu sauberer Energie wird immer lauter. Wenn die Transformation in eine „grüne“ Zukunft tatsächlich gelingen soll, ist ein Punkt essenziell: zu 100 Prozent saubere Batterien. Denn während sich die Speichertechnologie ständig weiterentwickelt, müssen die umweltschädlichen Nebeneffekte der Batterieherstellung verringert werden. Innovative Unternehmen arbeiten bereits mit Hochdruck an einer Lösung.

16.06.2020 Copyright: National Geographic, Text: Charlotte Duck Fotos: Harry WouldsAUDI AG, Unsplash Lesezeit: 4 min

Dieser Inhalt ist im Rahmen einer Partnerschaft mit der AUDI AG und National Geographic entstanden und wurde auf nationalgeographic.com veröffentlicht.

Der steigenden Strombedarf der Menschheit verlangt dringend nach neuen Energiespeicherlösungen. Unter der Prämisse "Electric Earth" beschäftigt sich National Geographic umfassend mit dem Thema.
Der steigenden Strombedarf der Menschheit verlangt dringend nach neuen Energiespeicherlösungen. Unter der Prämisse "Electric Earth" beschäftigt sich National Geographic umfassend mit dem Thema.

Sind Lithium-Ionen-Batterien die Lösung?

Hersteller von Elektroautos, Smartphones, Tablets oder Laptops setzen auf Lithium-Batterien. Die Gründe dafür liegen auf der Hand: eine effiziente Speicherung, eine einfache Entsorgung und eine höhere Energiedichte als Alkali-Batterien. Investoren bezeichnen Lithium als „weißes Gold“. Zwischen 2016 und 2018 hat sich die Nachfrage nach dem Rohstoff verdoppelt. Obwohl es mehr als 39 Millionen Tonnen auf der Welt gibt, kann nur ein Drittel abgebaut werden. 87 Prozent davon kommen in Salzwasser vor, hauptsächlich im sogenannten Lithium-Dreieck in Südamerika.

Um Lithium oder, genauer gesagt, Lithiumcarbonat herzustellen, werden Löcher in Salinen gebohrt, und salzhaltige, mineralreiche Sole wird an die Oberfläche gepumpt. Die Sole verdampft und die entstehenden Salze werden gefiltert, sodass Lithiumcarbonat extrahiert werden kann. Obwohl der Prozess einfach ist, verbraucht er enorme Mengen an Wasser und kann sich 18 bis 24 Monate hinziehen.

Audi testet Flurförderfahrzeuge, die mit gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien aus Elektroautos angetrieben werden. Nach ihrer Rücknahme lassen sich die Energieträger so sinnvoll und nachhaltig weiter nutzen.

Audi testet Flurförderfahrzeuge, die mit gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien aus Elektroautos angetrieben werden. Nach ihrer Rücknahme lassen sich die Energieträger so sinnvoll und nachhaltig weiter nutzen.

Bei Audi wird nach Möglichkeiten für eine schnellere und klimafreundlichere Produktion von Lithium-Batterien geforscht. Beispielsweise können wertvolle Bestandteile alter Batterien erhalten und für neue Produkte recycelt werden. In einigen Fällen können ausgemusterte Batterien sogar vollständig wiederverwendet werden, beispielsweise zum Antrieb von Transport- oder Fabrikfahrzeugen etwa. Im Recycling von Altbatterien sieht Audi einen zentralen Hebel der Klimaverantwortung.

Darüber hinaus ist geplant, die Energiedichte der Batterien zu erhöhen – und damit die verwendete Menge von Lithium oder auch von Kobalt zu reduzieren.

Tsuyoshi Hoshino vom Rokkasho Fusion Institute der Japan Atomic Energy Agency hat in der Zeitschrift „Desalination“ vor Kurzem ein neues Verfahren zur Gewinnung von Lithium aus Meerwasser vorgestellt. Mithilfe der Dialyse-Methode werden Lithium-Ionen aus dem Wasser gefiltert. Seine Idee ist zwar noch nicht reif für eine Kommerzialisierung der Technik, aber Hoshino ist von der Energieeffizienz und der Skalierbarkeit seiner Osmose-Technik überzeugt. 

Sind Superkondensatoren tatsächlich super?

Während die Lithium-Produktion laufend perfektioniert wird, arbeiten weitere Experten an Alternativen. Eine davon: Graphen-Superkondensatoren. Deren Speicherelemente könnten dabei helfen, das Energieproblem zu lösen. Graphen-Superkondensatoren speichern Elektrizität nicht als chemisches Potenzial, wie Lithium oder Alkali-Batterien, sondern in einem elektrischen Feld – vergleichbar mit der statischen Elektrizität, die sich oberhalb eines Ballons sammelt.

Durch den Zusatz von Graphen entstehen Superkondensatoren, die leistungsstark und leicht zugleich sind. Obwohl der Markt noch in den Kinderschuhen steckt, stehen den Graphen-Superkondensatoren goldene Zeiten bevor: Die Prognosen liegen bei 115 Millionen US-Dollar bis zum Jahr 2022 – vor allem spanische und chinesische Firmen verbauen die Superkondensatoren, vom Laptop bis hin zum Elektromotorrad.


Ein großes „Aber“ bleibt dennoch. Superkondensatoren – auch solche aus Graphen – können Energie noch nicht lange genug speichern. Stellen Sie sich vor, die Batterie Ihres Smartphones gibt plötzlich den Geist auf. Oder Ihr Fahrzeug bleibt einen Kilometer von der nächsten Ladestation entfernt stehen. Nicht gut.

Schon heute wird der Audi e-tron im CO₂-neutralen Werk Brüssel hergestellt.
Schon heute wird der Audi e-tron im CO₂-neutralen Werk Brüssel hergestellt.

Lässt sich „grüner“ Strom in einer ebenso „grünen“ Batterie speichern?

Eine Batterie, die praktikabel und umweltfreundlich zugleich ist – das ist das große Ziel. Ein Forscherteam aus Delft in den Niederlanden ist davon überzeugt, dieses Ziel mit ihrer „BlueBattery“ jetzt erreicht zu haben. Bei dieser Batterie wird Energie in Wasser gespeichert. Die „BlueBattery“ könnte so den gesamten Ökostrom der Niederlande auf nachhaltige Weise speichern. Aber wie funktioniert das?

Wird elektrischer Strom durch Salzwasser geleitet, spaltet er es in konzentrierte Kochsalzlösung und Süßwasser und speichert gleichzeitig Energie (Elektrodialyse). Bei der Entladephase kehrt sich der Prozess um. Das Ergebnis: Die Wasserarten mischen sich und setzen dabei die gespeicherte Energie wieder frei, die anschließend mithilfe spezieller Membranen in Elektrizität umgewandelt wird.

Die BlueBattery-Technik ist denkbar einfach und sicher, und sie hat das Potenzial, riesige Mengen an Elektrizität so lange zu speichern, bis sie tatsächlich zum Einsatz kommen. Das Projekt in Delft ist momentan zwar noch relativ klein, aber David Vermaas, Vice President von Aqua Battery, dem Unternehmen das die Blue Battery herstellt, hat große Pläne. Er möchte die BlueBattery überall dort einsetzen, wo Salzwasser auf Süßwasser trifft, wie beispielsweise in den niederländischen Grachten.

Noch sind Lithium-Batterien die erste Wahl, wenn es um effiziente Energiespeicherung geht. Auch deshalb werden sie weiterhin in Elektroautos verbaut. Aber es ist durchaus denkbar, dass wir unsere Fahrzeuge innerhalb der nächsten zehn Jahre aus einem von der BlueBatterie unterstützten Stromnetz aufladen. Der Ausbau der Technologie wäre eine echte Alternative, die unseren Umgang mit erneuerbaren Energien nachhaltig verbessern würde. Die Gewinnung von Energie, ihre Speicherung und der Antrieb von Elektroautos – das Ziel ist, eines Tages die komplette Wertschöpfungskette zu 100 Prozent nachhaltig zu gestalten. 

Dr. Leslie Dewan

Dr. Leslie Dewan

Dr. Leslie Dewan ist Mitbegründerin und Vorstandsvorsitzende von Transatomic Power, einem Unternehmen für die Konstruktion von Kernreaktoren mit Sitz in Cambridge, Massachusetts, das dort die nächste Generation nachhaltiger Kernkraftwerke entwickelt. 2013 hat Sie am MIT in Nukleartechnik mit einem Forschungsschwerpunkt in Computational Nuclear Materials promoviert. Davor hat Dewan für ein Robotikunternehmen in Cambridge gearbeitet und Such- und Rettungsroboter sowie Ausrüstung für die Identifizierung von chemischen und nuklearen Waffen entwickelt.

Dewan wurde mit dem MIT Presidential Fellowship und dem Department of Energy Computational Science Graduate Fellowship ausgezeichnet. Sie ist Mitglied der MIT Corporation, dem Leitungsgremium des Massachusetts Institute of Technology. Sie wurde außerdem vom Time Magazine zu den "30 People Under 30 Changing the World", zum MIT Technology Review "Innovator Under 35", zum Forbes "30 Under 30" Honoree und zum World Economic Forum Young Global Leader ernannt.

Batterierecycling bei Audi

Bereits seit Beginn der Entwicklung des ersten vollelektrischen Autos beschäftigt sich Audi auch mit dem Recycling des Fahrzeugs. In einer strategischen Forschungskooperation wurde kürzlich ein geschlossener Kreislauf für die Bestandteile von Hochvolt-Batterien erprobt. Das Ergebnis: Mehr als 90 Prozent des Kobalts und des Nickels aus den Hochvolt-Batterien des Audi e-tron lassen sich zurückgewinnen und in neuen Batteriezellen verwenden. So werden wertvolle Ressourcen und damit CO₂-Emissionen eingespart.

Darüber hinaus engagiert sich Audi in verschiedenen Initiativen und macht sich gemeinsam mit anderen Partnern für die Einhaltung von Menschen- und Umweltrechten in der Lieferkette stark. Dazu gehört auch die Mitgliedschaft in der Global Battery Alliance. Diese befasst sich unter anderem mit sozialen Standards beim Ausbau von Batteriewerkstoffen – wie dem Schutz von Menschenrechten – und mit Lösungen für die Wiederverwertung von Lithium-Ionen-Batterien.

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