Entsorgungs- und Recycling-Ströme aus der PV-Nutzung werden sich langfristig stark erhöhen

In Zukunft mehr Abfall (PV-Module+Batterien)

Recycliertes Material aus PV-Modulen: hinten Glas und Rahmen-Metalle, vorne ein Haufen von Verbundfolie-Material.
Wiedergewonnene Metalle aus gebrauchten Batterien werden (Bilder: Stiftung Sens E-Recycling) u.a. zu Zinkbarren gegossen.
Inobat stellt spezielle Stahlfässer zur Verfügung, welche mit einem feuerhemmenden Material ausgerüstet sind, um Lithium-Ionen-Batterien sicher zu entsorgen. (Bild: Inobat)
Es bestehen diverse Typen von Lithium-Ionen-Batterien, die sich v. a. in der Wahl des Kathodenmaterials unterscheiden. Der Batterietyp LFP (Lithium-Eisenphosphat-Akku) hat eine lange Lebensdauer und verfügt über eine hohe Betriebssicherheit. Batterien des Typs NMC (Lithium-Mangan-Nickel-Kobalt) werden in Elektrofahrzeugen verbaut. (Bild: Batrec Industrie AG)
Ein Lithium-Ionen-Akku ist teurer als ein Blei-Akku und dennoch eine wirtschaftliche Anschaffung dank der höheren Lebensdauer und dem höheren Wirkungsgrad. Die beiden – hier dargestellten – Subtypen unterscheiden sich hinsichtlich Energiedichte und Betriebssicherheit graduell. (Bild: EnergieSchweiz)
Manuel Fischer /

Stationäre oder mobil genutzte Lithium-Ionen-Batterien oder PV-Module sind erstaunlich langlebig. Dennoch werden Kapazitäten für die Entsorgung und fürs Recycling laufend erweitert. Denn mittelfristig erwartet man bedeutend mehr Mengen dieser Komponenten im Materialrücklauf.

Generell wird von der Industrie und von der Bauwirtschaft das Schliessen von Materialkreisläufen gefordert. Da ist es nur folgerichtig, dass auch die solare Stromerzeugung und -speicherung dem Anspruch einer umfassenden Umweltverträglichkeit nachkommt. Verständlich, wenn beispielsweise folgende Frage formuliert wird: «Schadet eine Batterie der Umwelt mehr, als dass sie ihr nützt?» Viele Faktoren führen dazu, dass die Antwort keinesfalls knapp und einfach ausfallen kann. Denn Umweltbelastungspunkte fallen bereits bei der Gewinnung der Rohstoffe an, bei der Herstellung, dem Transport und der Verteilung von Gütern (Batterie, PV-Modul), bei der mehrjährigen Einsatzdauer der Geräte und schliesslich der fachgerechten Entsorgung und dem Recycling. Wir befassen uns hier nachfolgend mit letzterem Aspekt.

Entsorgungsinfrastruktur steht
Die Schweiz ist für die Entsorgung solartechnischer Anlagen gut gerüstet. Denn die Infrastruktur steht bereit, diese Aufgabe auch langfristig ohne Probleme zu bewältigen. Analog der sehr gut ausgebauten Entsorgungslogistik mit zahlreichen anderen Werkstoffen (Glas, Metall, PET usw.) wird das Sammeln gebrauchter elektrischer oder elektronischer Geräte durch eine vorgezogene Recycling-Gebühr (vRG) finanziert. Vom Rasenmäher über den Toaster bis zum Handy, Computer und Fotoapparat: In jedem elektrischen bzw. elektronischen Gerät stecken wertvolle Rohstoffe, die nach dem Recycling wieder verwertet werden können. Diese Aussage gilt ebenso für PV-Module und für Lithium-Ionen-Batterien, die aktuell in Hausspeichern oder E-Mobilen verwendet werden. Die Stiftung «Sens eRecycling» hat sich aufgrund eines Vertrags mit Swissolar verpflichtet, ausgediente Photovoltaik-Anlagen (PV) kostenlos zu übernehmen. Die Hersteller und Importeure von PV-Modulen bezahlen die Entsorgung über eine vRG, wobei die meisten, aber nicht alle, Akteure mitmachen. «Die Teilnahme an der Entsorgungsfinanzierung ist zurzeit immer noch freiwillig», sagt Roman Eppenberger, Bereichsleiter Operations bei Sens eRecycling. Momentan gibt es nur eine Rücknahmepflicht für defektes Elektromaterial. Die Revision der Verordnung über die Entsorgung elektrischer und elektronischer Geräte sieht künftig eine PV-Rücknahmepflicht für alle Unternehmen vor.

Alte PV-Module – Menge wird wachsen
Seit Beginn 2015 werden Altmodule ausrangierter PV-Anlagen offiziell an den Sammelstellen entgegengenommen. Im Vergleich zu den rund 130000 Tonnen (t) Elektroschrott, die in der Schweiz jährlich anfallen, stammten im Jahre 2017 nur rund 337 t aus ausgedienten PV-Anlagen. Roman Eppenberger spricht von «homöopathisch kleinen Mengen». Im Folgejahr ging die Menge auf 277t zurück, entgegen dem Trend, da offenbar viele der 2017 rückgeführten PV-Module Mängel aufwiesen. Dennoch rechnet er langfristig mit einem Mengenwachstum um den Faktor 20 bis 50 bis im Jahre 2030. Eine Prognose ist mit vielen Unsicherheiten behaftet, da man nicht weiss, ob die PV-Anlagenbetreiber ihre Module tatsächlich erst am Ende ihrer voraussichtlichen Lebenszeit von 25 oder 30 Jahren von ihren Dächern demontieren.

Der Löwenanteil (9 von 10 Teilen) des Materials, das in PV-Modulen verbaut wird, besteht aus Flachglas, der Rest besteht aus Kupfer oder Aluminium sowie Kunststoffen. Der eigentliche Kern des PV-Moduls, die Halbleiter aus Silicium, macht kaum 2% des Modulgewichts aus, Tendenz sinkend. Aus Altmodulen werden Sekundärrohstoffe gewonnen: Aluminium geht in Aluminiumhütten, Glas wird zu Dämmwolle und Kunststoff gelangt in die Kehrichtverbrennungsanlage. Nur beim Metall ist der Kreislauf vollständig geschlossen, beim Glas nur teilweise.

In der Schweiz besteht die Hauptaufgabe in der geordneten Rückführung der PV-Module und der Aufbereitung der Stoffe Glas und Metall. «Glas ist ein Werkstoff mit wenig Wert, da braucht es riesige Mengen», sagt Roman Eppenberger. Der gesammelte Abfall wird in spezialisierten Hightech-Anlagen der Firma Reiling ins deutsche Ruhrgebiet verfrachtet. Dort sind spezielle Werkzeuge im Einsatz, denen die abrasive Eigenschaft von Glas nichts anhaben kann. So gesehen lässt sich auch in mittelfristiger Zukunft kaum ein Investor dazu bewegen, in der Schweiz ein auf PV-Abfall spezialisiertes Recyclingwerk zu betreiben.

Rücklauf und Recycling der Batterien
Zuständig für die Rücknahme von wieder aufladbaren Lithium-Ionen-Akkumulatoren ist hingegen die Organisation Inobat in Bern, welche die Zielvorgabe vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) verfolgt, die Recyclingquote von Batterien aller Typen von aktuell unter 70% auf mindestens 80% anzuheben. Inobat orchestriert heute ein sehr dichtes Netz von Sammelstellen für Altbatterien in der Schweiz. Alle Inverkehrbringer von Batterien sind verpflichtet, Batterien zurückzunehmen.

Das Unternehmen Batrec in Wimmis besorgt das Recycling von Batterien aller Art. Bei grösseren Batterien (Traktionsbatterien oder stationäre Energiespeicher) wird als erster Schritt nach deren Entladung das Batteriesystem in Einzelteile zerlegt. Dabei werden beispielsweise Gehäuseteile, das Batteriemanagementsystem (Elektronik) oder das Kühlsystem demontiert und einer Verwertung zugeführt. Im Anschluss kann dann die Verwertung der eigentlichen Zellen erfolgen. Das Schreddern der Zellen und ein erster mechanischer Aufbereitungsschritt erfolgen in der Schweiz, die nachfolgende nass-chemische Aufbereitung erfolgt in einer Schwesterfirma (Veolia-Konzern) in Frankreich.

Batterie überlebt E-Auto
Das künftige Volumen aus Lithium-Batterien aus Hausspeichern oder Elektrofahrzeugen ausser Dienst ist noch überhaupt nicht absehbar. «Die Lebensdauer der Lithiumbatterien in diesen Anwendungen ist sehr lang. 3000 Ladezyklen sind durchaus machbar», sagt Dieter Offenthaler, Geschäftsführer von Batrec, und macht ein Rechenbeispiel: «Eine Batterie (des Typs NMC) müsste an 6 Tagen in der Woche (300 Tage pro Jahr) über einen Zeitraum von zehn Jahren (10 x 300 Zyklen) jeweils vollständig entladen werden. Bei einer Reichweite von 400 km pro Batterieladung würden 300 volle Zyklen pro Jahr einer Jahreslaufleistung von 120000 km entsprechen bzw. bei 10 Jahren einer Gesamtleistung von 1,2 Mio. km. Diese Zahlen verdeutlichen bereits die enorme Lebensdauer der Batterien, die mitunter jene des Autos weit überschreiten.»

Man darf annehmen, dass auch E-Fahrzeuge nach zehn Jahren ihre Einsatzdauer beenden werden. Übliche Abnutzungserscheinungen (z.B. Karosserie) oder neue Ansprüche ans Design, an die Geräumigkeit usw. werden zu Neukäufen animieren. «Der Lifecycle des Akkumulators ist definitiv kein begrenzender Faktor, ein neues E-Fahrzeug kaufen zu müssen», so Offenthaler.

Second Life
Der heute beobachtete Anstieg in den Verkaufszahlen von Elektroautos wird in mittelfristiger Zukunft eine Auswirkung auf die Entsorgung der Batterien haben. Der Anstieg im Rücklauf wird erst mit einer Verzögerung von 8 bis 10 Jahren ab heute beobachtbar sein. Bei Hausspeichern wird die Lebensdauer der Batterien vermutlich noch länger sein. Inzwischen gibt es bereits Projektideen, das ganze Potenzial der sehr langen Lebensdauer dieses Batterietyps zu nutzen. Aus technischer Sicht sei es zwar sinnvoll, so Offenthaler, eine Batterie mit einer Restkapazität von 70 bis 80% für eine stationäre Energiespeicherung zu verwenden. Für solche Anwendungen seien jedoch auch die Fragen rund um die Produkthaftung oder die Akzeptanz von Hauseigentümern für ein «gebrauchtes Produkt» noch ungeklärt.

Als vielversprechender schätzt Offenthaler Second-Life-Projekte ein, die im industriellen Massstab ausprobiert werden. Er erwähnt ein ambitioniertes Vorhaben des Automobilbauers Daimler und weiterer Industriepartner. Der chemische Stromspeicher in Lünen (Nordrhein-Westfalen) setzt sich aus rund tausend Batterien aus bislang elektrisch betriebenen Smart-Autos zusammen. Dieser ging 2017 ans Netz. Der aktuell grösste Second-Life-Batteriespeicher der Welt hat die Aufgabe, Schwankungen im deutschen Stromnetz auszugleichen (13 MWh).




www.batrec.ch 
www.inobat.ch 
www.erecycling.ch 
www.swissolar.ch