„Die Materialien, die wir in den Batterien der Zukunft verwenden, werden wichtig sein, um auf erneuerbare Energien und eine Fahrzeugflotte ohne fossile Brennstoffe umsteigen zu können“, sagt Rickard Arvidsson, außerordentlicher Professor für Umweltsystemanalyse an der Chalmers University of Technology.
Laut dem Gesetz über kritische Rohstoffe der Europäischen Kommission wird die Nachfrage nach kritischen Batterierohstoffen voraussichtlich exponentiell ansteigen, wenn die EU-Länder auf erneuerbare Energiesysteme und Elektrofahrzeuge umsteigen. Der grüne Wandel wird auch eine stärkere lokale Produktion von Batterien und anderen neuen, fossilfreien Technologien erfordern, und um die Nachfrage zu befriedigen, ist eine stetige Versorgung mit Rohstoffen erforderlich. Gleichzeitig birgt eine solche Produktion aufgrund der begrenzten Anzahl von Rohstoffquellen ein hohes Risiko von Versorgungsunterbrechungen.
„Lithium-Ionen-Batterien entwickeln sich zu einer weltweit vorherrschenden Technologie, und sie sind besser für das Klima als fossile Technologien, insbesondere im Verkehr. Aber Lithium stellt einen Engpass dar. Man kann Batterien auf Lithiumbasis nicht in dem Maße herstellen, wie man Elektroautos produzieren will, und die Vorkommen drohen langfristig erschöpft zu sein“, sagt Arvidsson. Hinzu kommt, dass kritische Batteriematerialien wie Lithium und Kobalt größtenteils nur an wenigen Orten auf der Welt abgebaut werden, was ein Risiko für die Versorgung darstellt.
Natrium-Ionen-Batterien sind eine vielversprechende Technologie
Die Entwicklung neuer Batterietechnologien schreitet schnell voran. Die nächste Generation nachhaltiger Energiespeicher sollte eine möglichst lange Lebensdauer haben, eine hohe Energiedichte aufweisen und einfach produzierbar sein. Das Chalmers-Forschungsteam hat sich für Natrium-Ionen-Batterien entschieden, die anstelle von Lithium Natrium enthalten - eine sehr häufig vorkommende Substanz, die in gewöhnlichem Natriumchlorid enthalten ist. In einer neuen Studie haben sie eine so genannte Lebenszyklusbewertung der Batterien durchgeführt, bei der sie die gesamten Umwelt- und Ressourcenauswirkungen während der Rohstoffgewinnung und der Herstellung untersucht haben.
„Wir sind zu dem Schluss gekommen, dass Natrium-Ionen-Batterien in Bezug auf die Auswirkungen auf die Knappheit der mineralischen Ressourcen viel besser sind als Lithium-Ionen-Batterien und in Bezug auf die Klimaauswirkungen gleichwertig. Je nachdem, welches Szenario man betrachtet, kommen sie auf 60 bis knapp über 100 kg Kohlendioxidäquivalente pro kWh theoretischer Stromspeicherkapazität, was niedriger ist als die bisher für diese Art von Natrium-Ionen-Batterie angegebenen Werte. Es handelt sich eindeutig um eine vielversprechende Technologie“, sagt Arvidsson.
Die Forscher identifizierten auch eine Reihe von Maßnahmen, die das Potenzial haben, die Auswirkungen auf das Klima weiter zu verringern, wie etwa die Entwicklung eines umweltfreundlicheren Elektrolyts, da dieses einen großen Teil der Gesamtauswirkungen der Batterie ausmacht.
Grüne Energie erfordert Energiespeicherung
Heute wird bereits angenommen, dass Natrium-Ionen-Batterien für die stationäre Energiespeicherung im Stromnetzen verwendet werden und bei weiterer Entwicklung werden sie in Zukunft wohl auch in Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen. „Energiespeicherung ist eine Voraussetzung für den Ausbau von Wind- und Solarenergie. Da die Speicherung vor allem mit Batterien erfolgt, stellt sich die Frage, woraus diese Batterien hergestellt werden. Die steigende Nachfrage nach Lithium und Kobalt könnte ein Hindernis für diese Entwicklung sein“, sagt Rickard Arvidsson.
Der große Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass die Materialien für die Natrium-Ionen-Batterien reichlich vorhanden sind und überall auf der Welt gefunden werden können. Eine Elektrode in den Batterien - die Kathode - hat Natriumionen als Ladungsträger, die andere Elektrode - die Anode - besteht aus Hartkohle, die in einem der von den Chalmers-Forschern untersuchten Beispielen aus Biomasse aus der Forstwirtschaft hergestellt werden kann. Auch produktionstechnisch und geopolitisch gesehen sind Natrium-Ionen-Batterien eine Alternative, die den Übergang zu einer fossilfreien Gesellschaft beschleunigen kann.
„Batterien, die auf reichlich vorhandenen Rohstoffen basieren, könnten geopolitische Risiken und Abhängigkeiten von bestimmten Regionen verringern, sowohl für die Batteriehersteller als auch für die Länder“, sagt Arvidsson.
