Bericht der ADEME zur Kohlenstoffbilanz von Antriebsbatterien

Nach dem Inkrafttreten der europäischen Verordnung zur Einführung einer Kreislaufwirtschaft für Batterien im Jahr 2023 hat die ADEME einen Bericht mit dem Titel „Kohlenstofffußabdruck der Batterien in Elektrofahrzeugen“ erstellt. Im Rahmen dessen wurde außerdem ein Rechner für die Modellierung dieses Kohlenstofffußabdrucks in Excel entwickelt. Er berücksichtigt 35 technologische, geografische und methodische Parameter. Diese beiden Dokumente können kostenlos in einem einzigen Schritt von der Website der Organisation heruntergeladen werden. Sie ergänzen die Stellungnahme der ADEME zum Elektroauto und dessen Aufladung, zu der wir kürzlich einen ersten Artikel veröffentlicht haben.

Methodik und Rechner

Seit dem 18. Februar 2024 wird schrittweise die europäische Verordnung UE 2023/1542 angewandt, die darauf abzielt, eine Kreislaufwirtschaft für den Batterisektor einzuführen. Der Text berücksichtigt alle Phasen des Lebenszyklus dieser Akkumulatoren, von der Konzeption bis zur Entsorgung. Insbesondere geht es darum, Umweltklassen für die in Elektrofahrzeugen verwendeten Batterien festzulegen, um maximale Grenzwerte zu bestimmen, die bei der Zulassung der verschiedenen Antriebsbatteriemodelle herangezogen werden.

Der 63 Seiten umfassende Bericht mit dem Titel „Kohlenstofffußabdruck der Batterien in Elektrofahrzeugen“ ist reich an Referenzen und erklärt zunächst ausführlich die Methodik zur Berechnung und Überprüfung des Kohlenstofffußabdrucks dieses für die elektrische Mobilität entscheidenden Elements.

Zu den Phasen des Lebenszyklus gehören: die Extraktion und Raffination der Rohstoffe; die Herstellung der aktiven Stoffe; die Fertigung der Zellen und Komponenten; die Herstellung des Packs sowie seiner Bestandteile; die Verteilung des Gesamtsystems; der Recyclingprozess. Auch der Transport wird berücksichtigt, außer am Ende des Lebenszyklus. Ausgeschlossen sind hingegen das Montieren der Batterie am Fahrzeug, der Transport dieses sowie die Nutzung des Packs.

In dem folgenden Abschnitt stellt der Bericht kurz den dazugehörigen Rechner vor. Die Bedienanleitung dafür ist jedoch direkt im auf Englisch verfassten Excel-Dokument zugänglich.

Beispiel mit einem 50 kWh starken Pack, das in China hergestellt wird

Zu den interessanten Punkten dieses ADEME-Berichts gehört die genaue Berechnung des Kohlenstofffußabdrucks einer in China hergestellten, in Frankreich eingesetzten und in Europa recycelten Batterie mit einer Kapazität von 50 kWh. Ihre Zellen sind vom Typ NMC811 mit künstlichem Graphit. Solche aus 80 % Nickel, 10 % Mangan und ebenso viel Kobalt bestehenden Elemente findet man beispielsweise in den Tesla Model 3 und Model Y, Peugeot e-408, Kia EV6, Hyundai Ioniq 5 sowie BMW iX3.

Falls der Recyclingprozess ausgeschlossen wird, werden die Treibhausgasemissionen für ein solches Paket auf 7 Tonnen geschätzt, was 140 kg CO2eq pro Kilowattstunde Kapazität entspricht. Mit dem Recycling sinkt dieser Kohlenstofffußabdruck auf 6,4 Tonnen. Die wichtigsten Treiber lassen sich in drei Kategorien einteilen: die aktiven Materialien (etwa 53 %); die Herstellung der Zellen einschließlich der dafür benötigten Energie sowie die Abfälle; sowie Aluminium, das in den Zellen, Modulen und dem Paket vorkommt (weniger als 10 %).

Diese Batterie dient als Grundlage, um im Bericht anschließend die Faktoren aufzulisten, die den Umweltaufwand beeinflussen können. Zunächst geht es um die Energiekapazität. Dafür hat ADEME Batterien mit 35, 50, 70, 90 und 110 kWh gegenübergestellt. Danach folgt die Chemie – es werden 9 Packungen mit 50 kWh verglichen: NMC532, NMC622, NMC811, NMC955, LFP (Lithium-Eisen-Phosphat), LMFP (Lithium-Mangan-Eisen-Phosphat), NVPF mit Natrium-Ionen (Fluorid von Natrium-Vanadium-Phosphat) sowie feste LMP-Batterien (Lithium-Metall-Polymer).

Weitere Faktoren, die den Kohlenstofffußabdruck beeinflussen

Dann wird die Fahrzeugkategorie berücksichtigt, wobei es jährlich Unterschiede in der Anzahl der Lade-/Entladezyklen gibt: 60 für Fahrzeuge in den Kategorien M1 und N1 (Pkw und Kleinlastwagen mit einer Batteriekapazität von 50 kWh), 20 für Zweiräder und ähnliche Fahrzeuge (Klasse L, Batteriepack mit 20 kWh) sowie 250 für Busse und Omnibusse (Kategorien M2, M3) sowie Lastwagen (Kategorien N2, N3). Für diese Schwerlastfahrzeuge wurde die Energiekapazität der Batterien auf 350 kWh festgelegt. Auch die Anzahl der Betriebsjahre wird für alle Fahrzeugkategorien berücksichtigt.

Jedes Land hat seine eigene Energiezusammensetzung, die erheblich den Kohlenstofffußabdruck bei der Herstellung einer Batterie beeinflusst. Unser 50 kWh-Paket mit NMC811-Zellen wird in China, Frankreich oder Polen hergestellt. Angesichts der Kritik am Vorgehen der Europäischen Kommission, auf nationaler Ebene zu entscheiden, hat die Ademe außerdem einige erweiterte Modellierungen hinzugefügt: der Kontinent Europa sowie der Markt der Europäischen Union.

Zu Ende der Lebensdauer der Batterie können die äquivalenten CO2-Emissionen je nach den Verfahren zur Rückgewinnung von Recyclingmaterialien variieren. Der Bericht befasste sich außerdem mit den Orten der Herstellung von Batteriepackungen, Modulen und Zellen, insbesondere im Hinblick auf die Verfügbarkeit der Materialien vor Ort.

Für eine effektive Dekarbonisierung

Am Ende seiner Untersuchung stellte die ADEME fest, dass „die Verlagerung des Herstellungsorts von Batteriepackungen, Modulen und Zellen nach Frankreich ohne Verlagerung der aktiven Materialien allein nicht ausreicht, um einen signifikanten Rückgang des Kohlenstofffußabdrucks zu bewirken“.

Laut ADEME liegt die Lösung dafür in kohlenstoffarmen Verfahren für die Herstellung von Graphit, die Synthese aktiver Kathodenmaterialien, die Beschaffung verschiedener Komponenten (Nickel, Kobalt, Lithium, Aluminium) sowie in der Herstellung von Zellen (dekarbonisierter Mix). Hinzu kommt eine Verringerung des Abfallanteils.

Zudem weist die Agentur auf die Methodik der Europäischen Kommission hin, die beispielsweise dazu führt, dass einem Akkupack unabhängig von seiner Energiekapazität derselbe Kohlenstofffußabdruck zugeschrieben wird.

Den Bericht und den Rechner herunterladen