Der Aufstieg gebrauchter Batterien: Eine milliardenschwere EV-Lösung

Die Einführung von Elektrofahrzeugen (EVs) wächst schnell, wobei die globalen Verkäufe um 25 % auf 17,1 Millionen im Jahr 2024 gestiegen sind, angetrieben durch staatliche Anreize und Dekarbonisierungsbemühungen. 

Der EV-Markt wird tatsächlich voraussichtlich ein stetiges jährliches Wachstum von 6,95 % in den nächsten vier Jahren erreichen und ein Volumen von über 1 Billion US‑Dollar erzielen. Der Marktumsatz wird meanwhile weltweit 828,6 Milliarden US‑Dollar erreichen. 

Noch wichtiger, EVs werden voraussichtlich eine Schlüsselrolle spielen bei der Erreichung des ehrgeizigen Ziels von Netto-Null-Emissionen bis 2050. Allerdings müssen die EV-Hersteller die Kosten ihrer Fahrzeuge senken, weil, obwohl die EV-Verkäufe steigen, ihr Wachstumstempo nachgelassen hat. Ganz zu schweigen davon, dass EVs ebenfalls negative Umweltauswirkungen haben.

Die Produktion von Elektrofahrzeugen ist ein ressourcenintensiver Prozess, der im Durchschnitt das Sechsfache an kritischen Mineralien wie Lithium, Kobalt, Kupfer, Nickel, Mangan und Graphit im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor erfordert, wodurch der ökologische Fußabdruck von EVs während der Produktion um 50 % höher ist als bei ICEVs. 

Das Recycling dieser Batterien kann hier wirklich das Spiel verändern. Es kann helfen, den CO₂-Fußabdruck zu senken, indem es die Stromkosten, den Bedarf an Rohstoffgewinnung für die Herstellung neuer Batterien und Abfälle reduziert, indem die Lebensdauer bestehender Batterien verlängert wird und damit EVs günstiger werden.

Eine weitere Möglichkeit, die Effizienz dieser Batterien zu verbessern und gleichzeitig ihre Auswirkungen zu verringern, besteht darin, sie wiederzuverwenden. Die Wiederverwendung einer EV-Batterie kann ihr ein zweites Leben geben, wobei Second-Life-EV-Batterien den Wert der Batterien maximieren und ihre Lebensdauer erhöhen.

Neueste Forschungen und Berichte zeigen, dass Recycling und Wiederverwendung große Vorteile bieten und von hier an weiter wachsen werden. 

Recycling von EV-Batterien

Neue Forschung^1, die die erste bekannte Lebenszyklusanalyse des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) basierend auf Daten einer industriellen Recyclinganlage ist, hat ergeben, dass Recycling erhebliche Umweltvorteile liefert.

Von Wasserverbrauch und Energieverbrauch bis zu Treibhausgasemissionen wird alles deutlich reduziert, wenn Batterien recycelt werden, anstatt für die Herstellung neuer LIBs unraffinierte Metalle abzubauen.

Die Produktion von LIBs verzeichnet ein exponentielles Wachstum aufgrund der Zunahme der Fahrzeug‑Elektrifizierung sowie der intermittierenden Erzeugung erneuerbarer Energie. Die Nutzung von LIBs hat die Verbraucher‑Elektronik weit übertroffen. Darüber hinaus wachsen diese anderen Anwendungsbereiche stark.

Der EV‑Sektor wird voraussichtlich bis 2030 das LIB‑Wachstum dominieren und bis zu 82 % der geschätzten weltweiten LIB‑Produktion ausmachen. 

Allerdings, während die Nachfrage nach Lithium‑Ionen‑Batterien schnell wächst, sind die kritischen Materialien, die für führende Lithium‑Batterie‑Chemien benötigt werden, nur begrenzt verfügbar. Es wird erwartet, dass sie vor Ende dieses Jahrzehnts ein erhebliches Defizit im globalen Angebots‑Nachfrage‑Gleichgewicht erleiden. Darüber hinaus verschärft die Gewinnung dieser Materialien wirtschaftliche, ökologische, Menschenrechts‑ und nationale Sicherheitsbedenken. 

Nicht nur der Abbau dieser kritischen Materialien, sondern auch die unsachgemäße Entsorgung von ausgedienten LIBs schädigt natürliche und menschliche Ökosysteme. 

Hier kann das Recycling kritischer Materialien aus ausgedienten LIBs enorm helfen, die wachsenden Umweltbedenken zu verringern. Dies ist auch entscheidend für die langfristige Nachhaltigkeit des elektrifizierten Verkehrs, da Recycling sogar dazu beitragen kann, die langfristige Versorgungssicherheit dieser kritischen Batteriemineralien in großem Maßstab zu verbessern.

Heute beziehen LIB‑Recycler Materialien entweder aus ‘toten’ Batterien, die hauptsächlich an Arbeitsplätzen gesammelt werden, oder aus defektem Schrottmaterial von Batterieherstellern. Im Recyclingprozess werden Metalle wie Lithium, Nickel, Kupfer, Kobalt, Mangan und Aluminium extrahiert aus diesen beiden Quellen.

Die Lebenszyklusanalyse der Stanford University quantifizierte den ökologischen Fußabdruck dieses Prozesses und stellte fest, dass er weniger als die Hälfte der Treibhausgase (THG) des traditionellen Bergbaus und der Raffination dieser Metalle ausstößt. Er verbraucht zudem etwa ein Viertel des Wassers und der Energie, die beim Abbau neuer Metalle benötigt werden. 

Wenn defekte Schrottmaterialien für das Recycling genutzt werden, sind die Umweltvorteile noch größer. Schrott machte tatsächlich etwa 90 % des untersuchten recycelten Angebots aus, und die Ergebnisse zeigten 11 % des Energieverbrauchs im Vergleich zum Bergbau und zur Verarbeitung, 12 % des Wasserverbrauchs und 19 % der THG-Emissionen. Reduzierter Energieverbrauch entspricht auch weniger Luftschadstoffen wie Ruß und Schwefel, obwohl dies nicht speziell gemessen wurde.

Diese Studie, laut ihrem leitenden Autor William Tarpeh, Assistenzprofessor für Chemieingenieurwesen an der School of Engineering, „zeigt uns, dass wir die Zukunft des Batterierecyclings so gestalten können, dass die Umweltvorteile optimiert werden.“

Die Umweltauswirkungen von Batterien hängen tatsächlich stark vom Standort der Verarbeitungsanlage sowie von deren Stromquelle ab.

Wie eine der drei leitenden Forscherinnen der Studie, Samantha Bunke, Doktorandin an der Stanford, feststellte, würde ein Recyclingwerk, das stark auf Strom aus Kohleverstromung angewiesen ist, einen verringerten Klima‑Vorteil aufweisen. In Regionen mit saubererem Strom sind jedoch Wasserknappheiten ein großes Problem. 

Ein weiterer Schlüsselfaktor ist der Transport aufgrund der geologischen Lage der Materialversorgung. 

Beim Kobalt stammen 80 % des weltweiten Angebots aus der Demokratischen Republik Kongo, wobei der Großteil per Schiene, Straße und See nach China transportiert wird, um dort für Batterien raffiniert zu werden. Ähnlich konzentriert sich das globale Lithiumangebot hauptsächlich in Chile und Australien, von wo es nach China gelangt. Die Studie schätzt, dass die gesamte Transportstrecke für den reinen Abbau und die Raffination der aktiven Metalle von Batterien durchschnittlich etwa 35.000 Meilen (57.000 Kilometer) beträgt. 

Ein ähnlicher Prozess gilt für das Batterierecycling, bei dem gebrauchte Batterien und Schrott zunächst gesammelt und dann zum Recycler transportiert werden. Die gesamte Transportstrecke von gebrauchten Batterien aus unseren Handys oder EVs zu einer hypothetischen Raffinerie in Kalifornien beträgt jedoch nur etwa 140 Meilen (225 Kilometer), basierend auf angenommenen optimalen Standorten für zukünftige Raffinerien bei reichlich verfügbaren recycelbaren US‑Batterien.

Eine riesige Chance

Die Daten für diese Studie stammen von Redwood Materials in Nevada, der größten industriellen Lithium‑Ionen‑Batterie‑Recyclinganlage in Nordamerika. Die Anlage profitiert vom saubereren Energiemix des Landes, der Solar, Wasserkraft und Geothermie umfasst.

Gegründet von Tesla (TSLA ) Mitbegründer und ehemaligem CTO, hat Redwood zwei Anlagen, eine in Nevada und die andere in South Carolina. Vor einigen Monaten hat der deutsche Automobilhersteller BMW einen Deal unterzeichnet mit dem Unternehmen, um Li‑Ion‑Batterien aus all seinen EVs zu recyceln, sowohl Batterien als auch Hybridtypen.

Redwood recycelt bereits EV‑Batterien von Tesla, Toyota (TM ), Ford (F ), Nissan, Lyft (LYFT ), General Motors (GM ), Amazon (AMZN ), und andere. Es recycelt auch stationäre Batterien.

Das Unternehmen verarbeitet Anoden‑ und Kathodenmaterialien und wandelt sie in „hochwertige“ Batteriematerialien um. Laut dem Unternehmen recyceln sie bis zu 98 % dieser Materialien und führen sie zurück in die Lieferkette.

Für die Studie hat Redwood Materials nicht nur die Daten bereitgestellt, sondern die Erkenntnisse sogar in seine Abläufe und den ökologischen Fußabdruck integriert.

„Die Erkenntnisse dieser Forschung haben eine Schlüsselrolle bei der Verfeinerung von Redwoods Batterierecyclingprozessen gespielt.“

– Gründer und CEO JB Straubel

Er fügte weiter hinzu:

„Dank der Beobachtungen der Forscher haben wir unseren ökologischen Fußabdruck weiter reduziert und gleichzeitig sowohl die Ressourceneffizienz als auch die Skalierbarkeit des Prozesses verbessert.“

Bemerkenswert ist, dass Redwoods Recyclingprozess eine „reduktive Kalzinierung“ beinhaltet, die keine fossilen Brennstoffe verwendet, deutlich niedrigere Temperaturen erfordert und mehr Lithium als typische Verfahren liefert. 

Dies bedeutet, dass die Umweltauswirkungen des Unternehmens nicht die gesamte Branchenleistung beim Recycling gebrauchter Batterien widerspiegeln. Allerdings entstehen in Laboren andere pyrometallurgische Prozesse, die nicht so energieintensiv sind wie konventionelle Methoden.

Mit dieser Studie wollen die Forscher die Skalierung von Batterierecyclingunternehmen darüber informieren, wie wichtig die Wahl geeigneter Standorte für neue Anlagen ist und wie man sich auf das bevorstehende Mineralversorgungsproblem vorbereitet.

Laut Tarpeh ist die Chance hier erheblich, da weltweit nur 2 % bis 47 % der Lithium‑Ionen‑Batterien recycelt werden, obwohl sie Materialien enthalten, deren wirtschaftlicher Wert etwa das Zehnfache von Blei‑Säure‑Batterien beträgt, von denen 99 % seit Jahrzehnten in den USA recycelt werden. 

„Für eine Zukunft mit einem stark erhöhten Angebot an gebrauchten Batterien müssen wir heute ein Recycling‑System von der Sammlung bis zur Aufbereitung zu neuen Batterien mit minimalen Umweltauswirkungen entwerfen und vorbereiten“, sagte Tarpeh. „Hoffentlich werden Batteriekonzerne die Wiederverwertbarkeit künftig stärker in ihre Designs einbeziehen.“

Wiederverwendung von EV-Batterien

Während Lithium‑Ionen‑Batterien recycelt werden können, um wertvolle und kritische Rohstoffe zurückzugewinnen und dann in neue EV‑Batterien einzuführen, bietet die Wiederverwendung für Second‑Life‑Anwendungen vor dem Recycling ebenfalls enorme Vorteile. Diese Vorteile, so ein neuer Bericht, sind weitaus größer als das reine Recycling einer Li‑Ion‑Batterie.

Der Bericht von IDTechEx hat die Second‑Life‑EV‑Batterien eingehend untersucht, die ausgemustert werden, sobald sie die Leistungsanforderungen für das EV nicht mehr erfüllen. Dies geschieht am Ende ihrer ersten Lebensdauer. 

Wenn EV‑Batterien recycelt werden, werden sie für weniger leistungsstarke EVs oder stationäre Batteriespeicher wiederverwendet, die laut IDTechEx weniger anspruchsvolle Anwendungsfälle im Vergleich zu EVs darstellen.

Der Bericht stellte jedoch fest, dass die Wiederverwendung von Li‑Ion‑Batterien deren Wert maximiert, die Lebensdauer verlängert und zu einer zirkulären Batteriewirtschaft beiträgt. In einigen Fällen kann sogar ihre erste Lebensdauer in einer EV‑Anwendung verlängert werden, indem einige Module oder Zellen im Batteriepacks ausgetauscht werden.

IDTechEx prognostiziert, dass der Markt für Second‑Life‑EV‑Batterien bis 2035 ein Volumen von 4,2 Milliarden US‑Dollar erreichen wird, da die Verfügbarkeit ausgemusterter EV‑Batterien in den nächsten zehn Jahren zunimmt.

Dies geschieht bereits weltweit in zunehmendem Tempo. In den USA und Europa erhöhen Wiederverwerter kontinuierlich ihr Volumen an Second‑Life‑Batterieinstallationen. Hauptsächlich werden diese stationären oder mobilen Systeme für gewerbliche und industrielle (C&I) Kunden installiert, um das EV‑Laden zu optimieren, den Stromverbrauch bei Spitzenlast zu reduzieren und die Eigenverbrauchsquote erneuerbarer Energie zu erhöhen.

Einige Wiederverwerter haben auch Technologien für die private Batteriespeicherung entwickelt, während andere größere Batteriespeichersysteme (BESS) für netzskalige Anwendungen bauen. 

China führt derzeit die Implementierung von Second‑Life‑Batterien an und skaliert seine Aktivitäten ebenfalls. Das Land nutzt Second‑Life‑Batterien für Telekom‑Backup‑Stromversorgungen.

Außerhalb Chinas verzeichnet Europa das höchste Aktivitätsniveau, wobei IDTechEx 20 Wiederverwerter identifiziert hat, die in der Region Second‑Life‑Batterien entwickeln.

Bezüglich der Kosten dieser Second‑Life‑EV‑Batterien stellt der Bericht fest, dass erhebliche Kostensenkungen bei First‑Life‑Li‑Ion‑BESS‑Technologien es für Wiederverwerter sehr schwierig machen, bei den Systempreisen für Kunden wettbewerbsfähig zu bleiben. Damit ihre Akzeptanz steigt, müssen Second‑Life‑EV‑Batterien günstiger sein als First‑Life‑Li‑Ion‑BESS.

Diese Batterien haben bereits in ihrer ersten Lebensdauer eine Degradation erfahren, was bedeutet, dass ihre Leistung in der zweiten Lebensdauer beeinträchtigt ist. 

Bezüglich der Faktoren, die zu den höheren Kosten dieser Second‑Life‑Batterie‑Energiespeichersysteme beitragen, wies der Bericht auf Batteriekomponenten und die Logistik der Lieferung ausgemusterter EV‑Batterien hin. Der Wiederverwendungsprozess selbst trägt zu den Kosten bei, einschließlich Batteriebewertungszeiten, Demontage und Wiederzusammenbau. Daher müssen Wiederverwerter all diese Bereiche angehen, um ihre Kosten zu senken.

Bereits werden fortschrittliche Batteriebewertungstechnologien entwickelt, wie z. B. End‑of‑Life‑Batterietests im Fahrzeug, um den State‑of‑Health (SOH) der Batterie in Minuten statt Stunden zu bestimmen, was sowohl die Prüfzeit als auch die Kosten senkt.

Zusätzlich nutzen zahlreiche Projekte halbautomatisierte Batteriedemontage‑Technologien. Wenn diese aufstrebenden Projekte erfolgreich sind, kann der Bedarf an menschlichem Eingreifen in bestimmten Schritten reduziert werden, was die Arbeitskosten und damit die Kosten der wiederverwendeten Batterien senkt.

Die Wiederverwendung ausgemusterter Batterien kann laut Bericht auf verschiedenen Demontage‑Ebenen erfolgen: auf Pack‑Ebene, Modul‑Ebene oder Zellen‑Ebene. 

Je tiefer wir in die Demontage gehen, desto länger dauert sie und desto höher sind die Arbeitskosten. Dies ermöglicht jedoch die Wiederzusammenstellung der leistungsstärksten Module oder Zellen, um ein besseres System zu schaffen. Laut Bericht setzen Wiederverwerter hauptsächlich Pack‑ oder Modul‑Level‑Techniken ein, und es wird erwartet, dass dies so weitergeht. 

EV‑Batterietrends werden voraussichtlich die wirtschaftliche Machbarkeit der Wiederverwendung langfristig beeinflussen. „IDTechEx zeigt, wie Cell‑to‑Pack (CTP)-Designs die Energiedichte eines Batteriepacks und damit die Reichweite eines EV verbessern können. Diese Designs erfordern jedoch typischerweise vermehrten Einsatz von Punktschweißen oder Klebstoffen. Das Entfernen erfordert Wärme oder Lösungsmittel, wodurch die Demontagekosten steigen.“ 

Ein weiteres wichtiges Element für das Wachstum von Second‑Life‑Batterien sind Vorschriften, die ein großer Faktor für das EV‑Wachstum waren. Politiken wie Steueranreize zur Senkung der EV‑Kosten, Emissionsvorgaben und -anforderungen zur Förderung des EV‑Verkaufs, zusammen mit Ladeinfrastruktur und Verboten von ICEVs, haben den EV‑Markt stark begünstigt.

Gleichzeitig tragen finanzielle Anreize, Rückkaufprogramme und das Festlegen von Wiedergewinnungs‑, Sammel‑ und Recyclingzielen zum Wachstum des Batterierecyclings bei. Obwohl es in verschiedenen Regionen Vorschriften für das Recycling von Batterien gibt, existieren nur wenige Politiken, die speziell Second‑Life‑EV‑Batterien adressieren. 

Die USA, China und die EU haben jedoch begonnen, ihre Regulierungsrahmen zu entwickeln, um Second‑Life‑Batterien und Wiederverwendung zu erleichtern. 

Politiken wie der EU‑Battery‑Passport, der den Lebenszyklus einer Batterie verfolgt, die Bereitstellung von EOL‑Batteriedaten zum Austausch zwischen Interessengruppen und die erweiterte Herstellerverantwortung (EPR), die Hersteller für Sammlung, Wiederverwendung und Recycling von Batterien verantwortlich macht, ermöglichen die Wiederverwendung von Batterien.

Während Länder beginnen, den potenziellen Wert von Second‑Life‑Batterien zu erkennen, stellte der Bericht fest, dass besondere Aufmerksamkeit darauf gelegt werden muss, Akteure zu incentivieren, Batterien wiederzuverwenden, anstatt sie vorzeitig zu recyceln. 

Relevante Unternehmen 

Wie oben erwähnt, ist das privat geführte Redwood Materials ein großer Name im Batterierecycling. Für die Wiederverwendung von Batterien hebt der IDTechEx‑Bericht Higher Wire, Smartville, Terrepower, RePurpose Energy und B2U in Nordamerika hervor. In Europa sind unter anderem Zenobe, Allye Energy, Cidetec, Betteries, Covalion und Ecobat prominente Second‑Life‑Wiederverwerter und Remanufacturer.

Nun werfen wir einen Blick auf einige börsennotierte Unternehmen in diesem Bereich:

1. Li-Cycle Holdings

Dieses Unternehmen ist an der Rückgewinnung kritischer Materialien für eine saubere Energiezukunft beteiligt. Das Unternehmen nutzt patentgeschützte Spoke‑&‑Hub‑Technologien, um Lithium‑Ion‑Batterien zu recyceln.

Li‑Cycle Holdings hat eine Marktkapitalisierung von 35,78 Millionen US‑Dollar, während die Aktien derzeit bei 1 US‑Dollar gehandelt werden, ein Rückgang von 43,5 % im Jahresverlauf. Das EPS (TTM) beträgt -5,88, während das KGV (TTM) -0,17 ist. Für das 3. Quartal 2024 hat das Unternehmen einen Umsatz von 8,4 Millionen US‑Dollar gemeldet, was einem Wachstum von 79 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Es hat außerdem ein aufgestocktes Darlehen von 475 Millionen US‑Dollar vom DOE abgeschlossen.

2. American Battery Technology Company

Dieses Unternehmen konzentriert sich auf das Batterierecycling und die Rohstoffgewinnung. Es hat eine Marktkapitalisierung von 138 Millionen US‑Dollar, während die Aktien bei 1,52 US‑Dollar gehandelt werden, ein Rückgang von 34,15 % im Jahresverlauf.

American Battery hat ein EPS (TTM) von -0,96 und ein KGV (TTM) von -1,68. Für die drei Monate bis zum 30. September 2024 meldete ABTC einen Umsatz von etwas über 200 K US‑Dollar und erhielt einen Zuschuss von 150 Millionen US‑Dollar vom DOE für den Bau einer zweiten Lithium‑Ion‑Batterie‑Recyclinganlage. Am Ende dieses Zeitraums verfügte das Unternehmen über 5,8 Millionen US‑Dollar in bar.

Fazit

Elektrofahrzeuge werden eine Schlüsselrolle bei der Erreichung der bis 2050 gesetzten Netto‑Null‑Emissionsziele spielen, aber natürlich gibt es weiterhin Bedenken hinsichtlich Kosten und Umweltauswirkungen. Forscher finden jedoch immer bessere und neue Wege, sie noch kosteneffizienter und umweltfreundlicher zu machen. Das Recycling und die Wiederverwendung von Lithium‑Ion‑Batterien, dem am häufigsten in EVs verwendeten Batterietyp, entstehen dabei als vielversprechende Lösungen, um die Nachhaltigkeitsprobleme der EV‑Revolution anzugehen.

Batterierecycling hat, wie wir gesehen haben, das Potenzial, nicht nur die Kosten von EVs zu senken und ihre Verbreitung zu steigern, sondern auch der Umwelt zu nützen. Second‑Life‑Batterie‑Anwendungen können hingegen deren Lebensdauer und Wert erhöhen. Diese Lösungen bieten einen Weg zu nachhaltigeren und kostengünstigeren EVs und einer beschleunigten Umstellung auf eine grünere Zukunft.

Klicken Sie hier für eine Liste der Top‑EV‑Aktien zum Investieren.