Hersteller von Elektrofahrzeugen stehen unter dem Druck, die Kreislaufwirtschaft der Materialien zu demonstrieren

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Der Automobilsektor steht unter zunehmendem Druck, die Materialzirkulation voranzutreiben, was vereinfacht gesagt bedeutet, den Anteil des Materials zu bewerten, das recycelt und in die Wirtschaft zurückgeführt wird. Wenn sich die Automobilindustrie darauf konzentriert, neben der Lebensqualität auch die umgebende gebaute Umwelt mit ihren Materialien, ihren Bautechniken und ihren Methoden neu zu überdenken, erhält der Übergang zur Elektromobilität eine neue Bedeutung.

Mit dem Wachstum der Elektromobilität stehen Automobilhersteller vor der besonderen Herausforderung, eine Kreislaufwirtschaft für Batterien von Elektrofahrzeugen (EV) zu implementieren. Das Ziel besteht darin, den höchsten Nutzen von Produkten und Materialien jederzeit zu gewährleisten Materialkreisläufe schließen, verlangsamen und verengen um die Minimierung des Ressourceneinsatzes sowie der Verschwendung, Emissionen und Energieverluste sicherzustellen.

• „Den Kreislauf schließen“ bezieht sich auf Recyclingaktivitäten, die den Einsatz neuer Ressourcen für die Herstellung minimieren.
• Die „Verengung der Ressourcenströme“ zielt darauf ab, weniger Ressourcen pro Produkt zu verbrauchen und die Effizienz zu verbessern.
• „Verlangsamung des Kreislaufs“ bezieht sich auf die Verlängerung der Lebensdauer eines Produkts, die seine Austauschgeschwindigkeit und damit den Verbrauch natürlicher Ressourcen, die für seine Herstellung erforderlich sind, und die Menge an Abfall, die es erzeugt, definiert.

Eine Kreislaufwirtschaft im Ökosystem der Elektrofahrzeugbatterien kann eine nachhaltige Lösung für das Ressourcenmanagement bieten.

Warum die Automobilindustrie die Materialkreislauffähigkeit verbessern muss

Da so viele Fahrzeuge auf den Straßen unterwegs sind, ist die Menge der CO2- und Kohlenwasserstoffemissionen exponentiell gestiegen. Nach Angaben der US-EPA sind es etwa 29 % der Treibhausgasemissionen (THG) stammen aus dem Verkehr, wobei Straßenfahrzeuge 24 % ausmachen.

Elektrofahrzeuge hingegen erzeugen keine Abgasemissionen, sodass die Umstellung auf elektrische Personen-, öffentliche und gewerbliche Verkehrsmittel eine wichtige Maßnahme zur Reduzierung der Klimaverschmutzung ist. Elektrofahrzeuge konvertieren etwa 59 % bis 62 % Im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor (ICE), die nur etwa 17 bis 21 % der gespeicherten Energie in Antrieb an den Rädern umwandeln, können sie einen Teil ihrer elektrischen Energie von der Stromquelle an die Räder übertragen. Sowohl von der Industrie als auch von der Gesetzgebung vorangetrieben wird erwartet, dass der Elektrofahrzeugsektor im Jahr 2024 und bis 2035 enorme Veränderungen in den Fahrzeuglieferketten auslösen wird.

Die EU legt großen Wert auf die materielle Kreislaufwirtschaft im Transportwesen. Sie sagen dass der Wert von Produkten, Materialien und Ressourcen durch die Rückführung in den Produktkreislauf am Ende ihres Lebenszyklus gestärkt wird. Materialien wie Biomasse, Metalle, Mineralien und fossile Brennstoffe werden aus der Umwelt gewonnen, um Produkte herzustellen oder Energie zu erzeugen, von denen ein Großteil für den Transport verwendet wird.

Solche Stoffströme sind laut EU ein wesentlicher Bestandteil der Kreislaufwirtschaft. Je weniger Produkte wir wegwerfen und je mehr wir recyceln, desto weniger Materialien extrahieren wir, was unserer Umwelt zugute kommt und gleichzeitig die Abfallerzeugung minimiert.

Der Batteriemarkt und die Energiespeichersysteme sind entscheidend für die Lebensfähigkeit und die Kreislaufwirtschaft der Materialien

Elektrofahrzeuge sind Teil eines Fanfarenaufrufs zur Lösung des Verkehrsemissionsproblems geworden, und Autohersteller setzen auf den Erfolg des Batteriemarkts und der damit verbundenen Energiespeichersysteme (ESS). ESS haben direkt und indirekt zu einer Verbesserung des menschlichen Lebens geführt, da sie den Übergang weg von fossilen Brennstoffen wie Benzin und Diesel immer realistischer machen. Dennoch hat die Batterieleistung großen Einfluss auf die Skalierbarkeit von Elektrofahrzeugen.

Mohammadi und Saif schreiben In E-Prime dass die größten Herausforderungen auf dem globalen Batteriemarkt hauptsächlich mit den Technologien der Batterieenergiespeichersysteme und ihren Anwendungen sowie ihrer Vielfalt und Flexibilität zusammenhängen.

• Hohe Preise für Batterie-Energiespeichersysteme: Die Kosten für Batterie-Energiespeichersysteme stellen ein großes Hindernis für deren Einsatz dar, es wird jedoch prognostiziert, dass die Kosten für Batterie-Energiespeichersysteme bis 2028 erheblich sinken werden.
• Mangelnde Standardisierung: Unterschiedliche technische Anforderungen, Prozesse und Richtlinien hindern Batteriehersteller daran, Batterie-Energiespeichersysteme weiter einzusetzen.
• Veraltete Regulierungspolitik und Marktdesign: Derzeit hinkt die Regulierungspolitik den heute existierenden Technologien für Batteriespeichersysteme hinterher. Mit Ausnahme der Großhandelsmarktregeln sollten die Einzelhandelsregeln auf der Grundlage der Wohn-, Gewerbe- und Industrieanforderungen aktualisiert werden.

Die Einführung der Kreislaufwirtschaft für Batteriematerialien für Elektrofahrzeuge kann dazu beitragen, einige dieser Hindernisse für den Einsatz abzubauen, und ist aus zahlreichen Gründen zu einem Schwerpunktbereich der wissenschaftlichen Forschung geworden.

• Die Batterie macht einen erheblichen Teil der Kosten eines Elektrofahrzeugs aus, was vor allem auf die Volatilität der Marktpreise für bestimmte Materialien zurückzuführen ist.
• Aufgrund des Energieverbrauchs bei der Zellproduktion und unregulierter Arbeitsbedingungen bei der Materialgewinnung sind Batterien für zusätzliche ökologische und soziale Auswirkungen in der Lieferkette des Fahrzeugs verantwortlich.
• Aufgrund der geopolitischen Abhängigkeit der Lieferketten und des langsamen Ausbaus der globalen Bergbaukapazitäten gelten mehrere Materialien als entscheidend für die Versorgungssicherheit der Hersteller.

Insgesamt bieten diese Probleme Anreize für Hersteller, geschlossene Batteriematerialkreisläufe einzurichten und so die ökologischen, wirtschaftlichen und sozialen Risiken zu verringern, die mit der Versorgung mit Primärbatteriematerialien in der Zukunft verbunden sind.

Es gibt viele Ansätze zur materiellen Zirkularität in Batterien. Ein Rückblick vom Juli 2023 im Zeitschrift für Umweltmanagement, Jedoch, synthetisiert Informationen und legt fest, dass Maßnahmen im Zusammenhang mit dem ersten Leben (z. B. Verlängerung der Batterienutzung) Vorrang haben sollten. Diese Perspektive betrachtet die Kreislaufwirtschaft, wenn sie am Anfang des Lebenszyklus eines Produkts durch ein angemessenes Design und eine effiziente Produktion unter Vermeidung kohlenstoffintensiver Energiequellen beginnt. Dies stellt eine unkomplizierte Möglichkeit dar, die Nachhaltigkeit von Elektrofahrzeugbatterien zu erhöhen, indem deren erste Lebensdauer so weit wie möglich verlängert und das Ende der ersten Lebensdauer verzögert wird. Diese Arbeit erfasst ein wichtiges Umweltproblem im Zusammenhang mit der unzureichenden Nutzung der Batterie, die die Nachhaltigkeit des Elektrofahrzeugs beeinträchtigen kann.

Andererseits liegt weiterhin großer Fokus auf den verfügbaren Strategien am Ende der Batterielebensdauer, die hauptsächlich die folgenden Optionen umfassen:

Während die Architektur von Elektrofahrzeugen von ihrem spezifischen Zweck abhängt, ist bei allen Elektrofahrzeugen eine materielle Zirkularität erforderlich. Wie jedoch beschrieben in Energien 2023, es gibt mehrere zukünftige Herausforderungen für die Entwicklung fortschrittlicher Technologien für Energiespeicher und Elektrofahrzeuge, einschließlich optimaler Lage und Größe von Ladestationen für Elektrofahrzeuge, Maximierung des Nutzens für den Parkplatzbesitzer, Maximierung des Aggregatorgewinns, Minimierung der Ladekosten für Elektrofahrzeuge, Minimierung der Gesamtbetriebskosten des Systems, Maximierung der Einnahmen/sozialen Wohlfahrt des Netzbetreibers und der Betrieb hybrider Energiespeichersysteme. Jedes davon ist mit der Notwendigkeit verknüpft, die Kreislaufwirtschaft wesentlicher Materialien als Schlüssel für die Produktion zu entwickeln.