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Lithium – Fluch und Segen

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Grundprinzip der Batterie ist die unterschiedliche Tendenz verschiedener Elemente, Elektronen aufzunehmen bzw. abzugeben. In der Gesamtheit der existierenden Elemente gibt es nur eine begrenzte Anzahl von Kombinationen, die die Verbindung dieser Elemente für die Konstruktion einer elektrochemischen Batterie mit einer ausreichenden Spannung ihrer Bestandteile ermöglichen. Man kann diese Anzahl nicht mehr vergrößern. Und diese Konstruktionsmöglichkeiten wurden von der Physikalischen Chemie in ihrer Forschung seit vielen Jahrzehnten untersucht. Grundlegend neue Erkenntnisse sind daher im Rahmen der Elektrofahrzeuge auch bei heute wieder hochlaufender Batterieforschung nicht zu erwarten.

Als ein „ideales“ Material für negative Elektroden elektrochemischer Zellen [1] hat sich Lithium erwiesen. Vorteile von Lithium-Batterien gegenüber anderen Primärzellen mit wässrigen Elektrolyten (beispielsweise Alkali-Mangan-Batterie oder Zink-Kohle-Batterie) sind eine höhere Energiedichte und spezifische Energie, die hohe Zellspannung, die sehr lange Lagerfähigkeit durch geringe Selbstentladung sowie der weite Temperaturbereich für Lagerung und Betrieb [1].

Elektroautos sind auf leistungsfähige Batterien angewiesen, um eine angemessene Reichweite zu erreichen. Auch für Strom aus erneuerbaren Energien wie Sonne oder Wind werden zunehmend stationäre Energiespeicher vorgesehen. Gigafabriken für die Batteriefertigung sind in Planung, Bau und im Betrieb, die den Bedarf decken sollen.

Laut dem Kraftfahrt-Bundesamt sind 589.752 Elektro-Fahrzeuge aktuell in Deutschland gemeldet. Dabei werden aber neben den rein elektrischen Autos (BEV, 309.083) auch Plug-in Hybride (PHEV, 279.861) und Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEV, 808) mitgezählt.

Die Ampel-Regierung will in neun Jahren gut 14,5 Millionen E-Fahrzeuge mehr auf den Straßen haben.

Wie jede Medaille hat auch diese politische Zielsetzung eine Kehrseite, die sich sehr schnell als Fluch erweisen könnte.

Der Elektroauto-Akku zählt zu den teuersten Bestandteilen eines Elektroautos. Nicht zuletzt aufgrund der Bestandteile Lithium und Kobalt. Diese Stoffe haben jedoch immer wieder zu starker Kritik geführt – vor allem wegen fragwürdigen Praktiken beim Abbau.

Ein normaler Elektroauto-Akku mit 90 Kilowattstunden benötigt etwa 13,5 Kilogramm Kobalt. Ebenso viel Lithium sind darin verbaut. Das entspricht 150 Gramm pro Kilowattstunde (kWh). Demnach werden für einen 50 kW/h Akku immer noch jeweils 7,5 Kilogramm benötigt [2].

Der hohe Bedarf in den Akkus sorgte dafür, dass einem Jahr etwa 125.000 Tonnen Kobalt und etwa 35.000 Tonnen Lithium abgebaut werden – mit steigender Tendenz. Die modernen Akkus benötigen bereits weitaus weniger Rohstoffe als ältere Modelle und zukünftig wird es möglich sein, noch mehr Kobalt und Lithium einzusparen. Doch durch den stark steigenden Bedarf für Elektroauto-Akkus gleichen die Erfolge in Produktion die höhere Nachfrage nicht aus.

Experten gehen davon aus, dass trotz steigender Nachfrage die weltweiten Reserven für die nächsten Jahrzehnte ausreichen würden. Sie schätzen, dass noch weitere 120 bis 175 Millionen Tonnen Kobalt und noch 20 bis 55 Millionen Tonnen Lithium in der Erde und unter dem Meer existieren. Jedoch bereitet der Abbau beider Stoffe extreme Schwierigkeiten [2].

Lithium wird vor allem in Australien (40 Prozent Weltjahresproduktion) beim Erzabbau gewonnen und etwa 36 Prozent der jährlichen Produktion stammen aus Chile, wo Lithium mithilfe von Wasser aus sogenannten “Salaren”, große Salzseen, die etwa in der chilenischen Atacama Wüste vorkommen, gespült und getrocknet wird. Kritiker wie Dirk Steffen bemängeln den enorm hohen Wasserverbrauch, der dadurch entsteht [3].

Elektrofahrzeuge haben den Ruf, schneller in Brand zu geraten als Wagen mit Verbrennungsmotor. Nun hat es ja auch einige spektakuläre E-Autobrände gegeben. Hyundai rief in 2021 Zehntausende Elektroautos wegen Brandgefahr zurück. “Interne Schäden an bestimmten Zellen der Lithium-Ionen-Batterie und/oder eine fehlerhafte Steuerungssoftware des Batteriemanagementsystems könnten das Risiko eines elektrischen Kurzschlusses nach vollständigem Aufladen der Lithium-Ionen-Batterie erhöhen”, warnte die Aufsichtsbehörde [4].

Der Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft allerdings schätzt das Risiko als “moderat“ ein: Aus unseren Statistiken gibt es bisher keinerlei Hinweise, dass Elektrofahrzeuge häufiger brennen als Autos mit Verbrennungsmotor [5].

Sollte es dennoch zu einem Brand eines Lithium-Akkus mit Lithiumfreisetzung kommen, besteht die Gefahr der Vergiftung. Lithium zeigt starke Wirkungen auf die Funktionalität von Nervenzellen und hat Einfluss auf eine Vielzahl von neurochemischen Systemen. Lithium findet in Form seiner Salze pharmazeutische Anwendung [6].

Hildebrand schreibt in seinem Bericht [7]: „Von den Herstellern von Lithium-Batterien wird zwar die Brandgefahr, nicht aber die psychotrope Wirkung oder die Toxizität von Lithium erwähnt, obwohl beim Brand der Batterie toxischer Rauch (Lithiumoxid oder bei Löschversuchen mit Wasser Lithiumhydroxid) emittiert wird, der von Unfallbeteiligten und insbesondere Unfallhelfern und Feuerwehrleuten eingeatmet werden kann.“

Schon 168 Milligramm Lithium im Blut eines Erwachsenen seien tödlich.

 Zum Schluss seiner Faktensammlung findet man den Hinweis: „Wenn ein Tesla in Brand gerät und dabei eine dichte Wolke weißen Rauches entsteht, bedeutet das, dass in diesem Brandrauch 10 kg Lithium als Oxid sind. Ein Atemzug, der 168 Milligramm Lithium enthält, ist tödlich, da bei Aufnahme über die Lunge keine Verluste auftreten, wie vom Inhalieren von Rauschgiften wohlbekannt. Man fällt aber nicht gleich tot um, man weiß dann zwar, dass man bald tot ist, aber auf Grund der sedierenden Wirkung des Lithiums stört einen das gar nicht mehr…
Die Insassen eines Tesla, dessen Akkus in Brand geraten sind, haben daher auch nicht mehr das Bedürfnis auszusteigen, statt ihre eigene Verbrennung zu erleben.“ Dabei bezieht er sich auf einen Bericht einer Schweizer Zeitung [8] zum Unfall eines Teslas in Tessin.

 

[1] https://de.wikipedia.org/wiki/Lithiumbatterie

[2] https://efahrer.chip.de/e-wissen/lithium-und-kobalt-in-elektroauto-akkus-alle-infos-1_101116

[3] https://www.youtube.com/watch?v=bAgGpm-3uRI

[4] https://www.sueddeutsche.de/auto/elektroauto-feuer-batteriebrand-1.5224993

[5] https://www.experten.de/2021/11/brennen-e-autos-haeufiger-als-diesel-oder-benziner/

[6] https://www.nebenwirkungen.de/melden/lithium-2-nebenwirkungen

[7] Dietmar Hildebrand, „Zur Toxizität von Lithium“, dh@scientific-services.com

[8] https://www.blick.ch/schweiz/tessin/reinhold-r-48-verbrannte-in-seinem-elektroflitzer-tesla-unfallopfer-war-deutscher-geschaeftsmann-id8381378.html