Sind Elektrobus-Batterien schädlich für die Umwelt?

Ab 2020 sollen für Hamburg nur noch lokal emissionsfreie Busse für den Öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) beschafft werden. Ziel ist es, umweltschädliche CO2-Emissionen in der Stadt zu reduzieren. Die Verkehrsbetriebe Hamburg-Holstein GmbH (VHH) setzt hier auf Elektrobusse, um die Abgasbelastung in Hamburg zu verringern. Das klingt zunächst umweltfreundlich. Aber ist es das wirklich? Bei Elektrobussen stehen immer wieder die Batterien in der Kritik, genauer gesagt deren Herstellung und Entsorgung. Sind Elektrobus-Batterien wirklich so schädlich für die Umwelt? Und bedeutet das, dass Elektrobusse deshalb gar keine umweltfreundliche Alternative zu Dieselbussen sein können? Ein Überblick zur aktuellen Debatte…

 

Der Einsatz von Elektrobussen bei der VHH

Im Jahr 2014 kam bei der VHH erstmals ein Elektrobus zum Einsatz. Als erstes Busunternehmen in der Metropolregion Hamburg startete die VHH einen regulären Linienbetrieb mit einem vollkommen elektrisch fahrenden Bus, der seinen Strom zu 100% aus regenerativen Quellen bezieht.

Der E-Bus ist mit einer Lithium-Ferrit-Batterie ausgestattet, die eine Kapazität von rund 180 kWh besitzt. Die Fahrmotoren haben eine Leistung von 80/150 kW. Die Akkus des Elektrobusses werden in der Nacht auf dem VHH-Betriebshof in Schenefeld bei Hamburg vollständig geladen. Tagsüber finden mehrere kurze Nachladungen am Bahnhofsvorplatz in Blankenese statt, wenn das Fahrpersonal Pause hat.

Der erste Elektrobus der VHH bewährte sich im täglichen Linieneinsatz und so kam im Jahr 2016 ein zweiter Elektrobus hinzu. Wie auch beim ersten Fahrzeug, schöpft der Elektrobus die benötigte Energie aus einem Akku, der sich auf dem Dach des Fahrzeugs befindet. Die Hauptaufgabe des Akkus besteht darin, den wassergekühlten Heckmotor anzutreiben. Darüber hinaus versorgt er einen Kompressor für die Druckluftanlage, eine Pumpe für die Servolenkung, die Klimaanlage und eine Servicebatterie. Letztere ist unter anderem für die Beleuchtung des Busses zuständig. Der E-Bus erzeugt beim Bremsen außerdem Strom, der wiederum zum Anfahren in den Akkus gespeichert werden kann.

 

Die Vorteile von Elektrobussen

Die Vorteile des Einsatzes von Elektrobussen in Hamburg wurden schnell klar:

 

1. Die Elektrobusse sind sehr leise, was besonders die Anwohner freut. Der Straßenlärm ist viel geringer, als bei Dieselbussen.
2. Die Elektrobusse fahren emissionsfrei. Sie stoßen keine schädlichen Stickoxide aus. Das ist nicht nur gut für die Umwelt, sondern auch weniger gesundheitsschädlich für die Anwohner.
3. Die Elektrobusse können ihre Energie aus regenerativen Quellen beziehen. Der Strom kann z.B. aus Wind- oder Wasserenergie gewonnen werden.
4. Selbst wenn die E-Busse zunächst eine Zusatzheizung benötigen, um weitere Reiseweiten der Busse zu ermöglichen, kann dies umweltfreundlich erfolgen, etwa mit Bioethanol oder GTL (Gas to liquid). Ziel ist natürlich, dass in Zukunft auch die Busheizung elektrisch erfolgen kann.

 

Deshalb hat die VHH in den letzten Jahren immer wieder Elektrobusse verschiedener Hersteller getestet und wird ab 2020 nur noch E-Busse für Hamburg beschaffen. Im Jahr 2030 wird mit einer kompletten Umstellung des Hamburger Busverkehrs auf Elektrobusse gerechnet.

 

Sind E-Busse schlecht für die Umwelt?

Wer über Elektrobusse redet, muss auch ansprechen, was den Antrieb der Busse ermöglicht. Bei E-Bussen sind das i.d.R. sogenannte Lithium-Ionen-Batterien. Kritiker verweisen hier immer wieder darauf, dass diese Batterien eine viel schlechtere Umweltbilanz haben als herkömmliche Verbrennungsmotoren.

 

Das Problem der Lithium-Ionen-Batterien

Ein wichtiger Kritikpunkt ist, dass die Batterien für E-Busse seltene Rohstoffe wie Lithiumcarbonat und Kobalt enthalten. Besonders die Gewinnung von Lithium gilt als umweltschädlich, weil dafür in das Ökosystem eingegriffen wird. Über die Hälfte der weltweiten Lithium-Vorkommen werden in Bolivien, Chile und Argentinien vermutet. Hier zerstört der Rohstoffabbau zunehmend die Natur, denn in den trockensten Regionen der Erde verbraucht die Lithium-Gewinnung Millionen Liter von Wasser.

 

Das Problem der Batterie-Entsorgung

Nicht nur die Gewinnung der Rohstoffe für Lithium-Ionen-Batterien steht in der Kritik. Auch die Entsorgung verbrauchter Batterien wird immer wieder diskutiert. Bis 2017 wurden in der EU nur etwa fünf Prozent der Lithium-Ionen-Batterien recycelt. Bisher ist es technisch noch nicht möglich, auf effektivem Weg das Lithium aus den Batterien zurückzugewinnen. Das führt dazu, dass bisher meist die wertvollen Rohstoffe verloren gehen, wenn eine Batterie entsorgt wird.

Dennoch scheinen Lithiumbatterien für unseren Alltag unverzichtbar. Jedes Smartphone beinhaltet Lithium. In einem Laptop können bis zu 200 Gramm Lithium stecken. Und auch für Elektrofahrzeuge werden Lithium-Ionen-Batterien benötigt. Denn diese haben einen großen Vorteil: Die Batterien lassen sich ohne „Memory-Effekt“ immer wieder aufladen. Im Vergleich dazu „merken“ sich herkömmliche Nickel-Kadmium oder Nickel-Metall-Hybrid-Batterien ihren letzten Füllstand und verliert so immer ein paar Prozent der Kapazität. Lithium-Ionen-Batterien sind also viel langlebiger. Deshalb kommen sie auch in Elektrobussen zum Einsatz.

 

Wie können Elektrobus-Batterien umweltfreundlich werden?

Dass Elektrobusse im aktiven Betrieb umweltfreundlich sind, weil sie keine schädlichen Emissionen erzeugen und mit Ökostrom betrieben werden, können sie bei der VHH schon seit rund fünf Jahren unter Beweis stellen. Doch für uns als Verkehrsunternehmen ist auch eine langfristige Nachhaltigkeit wichtig. Wir wollen in Zukunft Elektrobusse mit einer effizienten Batterietechnik und wir wollen auch zu einem nachhaltigen Recyclingverfahren beitragen. Unser Ziel ist es, dass der Einsatz von Elektrobussen in allen Bereichen umweltfreundlich ist – auch wenn es um die Batterie geht.

Zum einen erwarten wir für unsere E-Busse, dass Hersteller in Zukunft kleinere und leistungsstärkere Batterien entwickeln, die mit weniger oder anderen Rohstoffen auskommen. Hier zeigt sich in den letzten Jahren eine positive Tendenz. Seit immer mehr Verkehrsunternehmen, besonders auch in Deutschland, die Notwendigkeit zur Beschaffung von Elektrobussen gegenüber der Industrie betont haben, sind wichtige Fortschritte bei der Entwicklung von Elektrobus-Batterien zu beobachten.

Ein Ziel ist es, leistungsstärkere Batterien zu entwickeln. Es wird aber auch daran geforscht, die Nutzung von Lithium und anderen seltenen Ressourcen zu reduzieren, um die Herstellung umweltfreundlicher zu gestalten. Vielleicht kann eine Nickel-Zink-Batterie eine Alternative sein, denn Zink ist kein seltener Rohstoff und lässt sich besser recyceln.

 

Recycling als Weg zur Nachhaltigkeit

Verschiedene Unternehmen und Start-Ups versuchen aktuell, das Recycling von Batterien effizienter und vor allem kostengünstiger zu gestalten. Die EU schreibt bisher vor, dass mindestens 50 Prozent der Materialien aus E-Batterien wieder verwendet werden müssen. Je mehr zurückgewonnen werden kann, umso besser natürlich. Viele sehen hier den Schlüssel zur Umweltfreundlichkeit von Elektrobus-Batterien: Wenn sich alle Rohstoffe aus einer verbrauchten Batterie zurückgewinnen lassen, können diese wieder für neue Batterien genutzt werden. Der Abbau von Stoffen wie Lithium, und damit weitere Umweltschäden, könnten dann gestoppt werden.

 

Ausgetauschte Batterien als Energiespeicher

Parallel zur Forschung, wie Rohstoffe aus Batterien zurückgewonnen werden können, wird daran gearbeitet, Lithium-Ionen-Batterien nachhaltiger zu nutzen. Hier beteiligt sich die VHH, als Partner im Projekt „Second Life Energiespeicher“. Die VHH arbeitet mit MAN Truck & Bus zusammen, um eine nachhaltige Nutzung von Batterien zu ermöglichen. Im Projekt wird getestet, ob ausgemusterte Elektrobus-Batterien als Energiespeicher auf den Betriebshöfen für Ladestationen genutzt werden können. So könnte auch die Stromnachfrage beim Laden von Elektrobussen stabilisiert werden.

Hintergrund ist, dass ein Bus etwa 14 Jahre auf der Straße im Einsatz ist. Eine Lithium-Ionen-Batterie wird, nach dem aktuellen Stand der Technik, wahrscheinlich aber nur etwa 7 Jahre lang die notwendige Leistung bringen, die für Elektrobusse benötigt wird. Das heißt, bei jedem E-Bus muss die Batterie mindestens einmal während seiner Gesamtnutzungszeit getauscht werden. Nach dem Tausch sind die Batterien jedoch noch immer leistungsfähig und können weiter genutzt werden. Schätzungsweise haben Lithium-Ionen-Batterie dann noch bis zu 80 Prozent ihrer Ladekapazität.

Der Einsatz als „Second Life Speicher“ auf dem Busbetriebshof kann hier eine sinnvolle Möglichkeit sein, ausgetauschte Elektrobus-Batterien weiter zu nutzen. Die VHH benötigt ohnehin dringend Energiespeicher, um zukünftige Elektrobusse stabil mit nachhaltigem Strom zu versorgen. Deshalb entsteht auf dem Busbetriebshof in Hamburg-Bergedorf ein Prototyp eines solchen Speichers. Damit kann die effektive Nutzung einer E-Batterie um schätzungsweise weitere 10 Jahre verlängert werden.

 

Elektrobus vs. Dieselbus – Was ist umweltfreundlicher?

Bei der Frage nach der Umweltfreundlichkeit von Elektrobussen kann man sich nicht nur auf das Thema der Lithium-Ionen-Batterien beschränken – so wie es viele Kritiker tun. Man muss auch die konkrete Nutzung im Alltag berücksichtigen, wenn die Busse auf der Straße im Einsatz sind.

Nach aktuellem Stand der Technik haben Dieselfahrzeuge zwar noch einen Vorsprung, wenn es um die CO2 Werte im Produktionsprozess geht. Das hängt mit der Gewinnung und Verarbeitung der Rohstoffe zusammen, die für die Elektrobus-Batterien benötigt werden. In der Produktion ist die CO2 Bilanz für Elektrofahrzeuge deshalb aktuell noch höher.

Doch berücksichtig man den Betrieb von Elektrobussen, stellen sie sich schnell als deutlich umweltschonender heraus. Bereits nach nur drei Jahren im Linienbetrieb haben Elektrobusse ihre CO2 Bilanz wieder aufgeholt und überholen herkömmliche Dieselbusse. Wobei sich die Zahl von drei Jahren auf die Nutzung von durchschnittlichem Strom in Deutschland bezieht, der zu einem Anteil aus nicht-erneuerbaren Energien besteht, etwa Kohle-Strom. Nutzt man für die Elektrobusse hingegen Strom aus erneuerbaren Energiequellen, so wie die VHH in Hamburg, sind Elektrobusse sogar nach nur 1,5 Jahren bereits CO2 freundlicher als Dieselbusse. Rechnet man das auf die „Lebensdauer“ eines Fahrzeugs im Stadtverkehr, die etwa 14 Jahre beträgt, zeigt sich eindeutig, für welche Busse man sich entscheiden sollte, wenn man CO2 Emissionen reduzieren will.

Auf lange Sicht gesehen sind Elektrobusse schon nach dem aktuellen Stand der Technik deutlich umweltfreundlicher als Dieselbusse. Und der technische Fortschritt wird die Ökobilanz der E-Busse in Zukunft sogar noch weiter verbessern.