Second-Life-Batteriespeicher – Imagepolitur der Elektromobilität oder Lösung der Energieprobleme?

Was sind Second-Life-Batteriespeicher?

Ein Second-Life-Batteriespeicher meint die Zweitverwendung von Batterien aus BEVs. Während der Lebensdauer eines BEV verliert die Batterie nach mehreren Jahren bzw. Ladezyklen an Kapazität und kann nicht mehr die erforderliche Reichweite oder Leistung für den Fahrzeugbetrieb aufbringen. Auch wenn diese Batterie für den Einsatz im Fahrzeug nicht mehr optimal ist, steckt noch ein beträchtliches Potenzial in ihr. 

Anstatt diese Batterien zu entsorgen, kann die verbleibende Restkapazität für alternative Anwendungen genutzt werden – Second-Life-Batteriespeicher. Die Batterien werden aus den BEVs entfernt, getestet und zu stationären Energiespeichersystemen zusammengesetzt.

Die Energiespeicherfähigkeit bzw. der Gesundheitszustand einer Batterie, auch als State of Health bekannt, wird von der zyklischen und kalendarischen Alterung beeinflusst. Dabei beschreibt die kalendarische Alterung den natürlichen Verschleiß und die Kapazitätsverluste, die eine Batterie im Laufe der Zeit erfährt. Die zyklische Alterung steht für die Anzahl und Eigenschaften der Ladezyklen sowie das Nutzungsverhalten.

Die Vorteile von Second-Life-Speichern

Batterien aus BEVs bieten einen wertvollen Ressourcenpool, auch wenn sie das Ende ihrer Nutzungsdauer im Fahrzeug erreicht haben. Ihre Fähigkeit, Energie zu speichern und abzugeben, bleibt weit über die Erstnutzung in Fahrzeugen hinaus bestehen. Der Grundgedanke von Second-Life bzw. der Weiterverwendung ausgedienter Batterien, orientiert sich stark am Prinzip der Nachhaltigkeit, welche ökonomische, ökologische und soziale Dimensionen umfasst. 

Ökologischer Vorteil von Second-Life-Speichern

Ein wesentlicher Vorteil von Second-Life-Batteriespeichern ist ihr Beitrag zur Förderung des ökologischen Nachhaltigkeitsaspekts. Dies zeigt sich insbesondere darin, dass die Weiterverwendung alter Batterien die Nachfrage nach neuen Batterien reduziert und somit wertvolle Rohstoffe, die für die Produktion erforderlich sind, eingespart werden. Das wiederum führt zu einer deutlichen Reduzierung der CO₂-Emissionen – einem der Hauptverursacher des Klimawandels. Die Batterien werden so Teil einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft, auch als Circular Economy bekannt. 

Ökonomischer Vorteil von Second-Life-Speichern

Die Weiterverwendung von Batterien in ihrem Second-Life ist ebenso wirtschaftlich attraktiv: Sie bringen im Vergleich zu First-Life-Speichern einen Kostenvorteil mit. Second-Life-Batterien haben bereits einen Großteil ihrer Amortisationskosten während ihrer ersten Nutzung abgedeckt. Durch die Weiterverwendung können Unternehmen und Endverbraucher:innen Kosten einsparen. 

Zudem verzögert sich bei Second-Life-Batterien das aktuell sehr kostenintensive Recycling. Anstatt Batterien sofort nach ihrem ersten Lebenszyklus zu recyceln, werden diese weiterverwendet. Zum einen verschiebt das den Zeitpunkt des Recyclings weiter nach hinten, zum anderen minimiert die nahezu vollständige Wiederverwertung der Batterien ebenso die Herstellungskosten von Zellen. 

Weitere ökonomische Vorteile von Second-Life-Speichern sind: 

• Steigerung inländischer Wertschöpfung, indem Unternehmen auf inländische Ressourcen zurückgreifen, anstatt auf den Import neuer Batterien oder Rohstoffe angewiesen zu sein. 
• Maximierung des Werts der Batterien über ihre gesamte Lebensdauer. 

Sozialer Vorteil bei der Verwendung von Second-Life-Batteriespeichern

In der Nutzung von Second-Life-Batterien stecken zusätzlich soziale Vorteile, die sich positiv auf Gemeinschaften und Individuen auswirken. Da die Anschaffung der Second-Life-Batteriespeicher günstiger ist, wird ein gesellschaftsübergreifender Zugang für die Speichertechnologie ermöglicht. Der Restwert der Batterien ist höher, sodass damit auch BEVs günstiger werden könnten. 

Zudem schafft die Kreislaufwirtschaft von Second-Life-Batterien Arbeitsplätze: Zwar entfallen durch die Elektromobilität grundsätzlich Arbeitsplätze, doch durch die Second-Life-Speicher werden neue geschaffen. Vom Sammeln und Aufbereiten gebrauchter Batterien bis hin zu deren Wiedereinsatz in neuen Anwendungen entstehen zahlreiche Beschäftigungsmöglichkeiten. 

Weitere soziale Vorteile der Second-Life-Batteriespeicher sind: 

• Möglichkeit, die Infrastruktur in Entwicklungsländern zu verbessern, indem Regionen mit unzuverlässiger Elektrizität Second-Life-Speicher als kostengünstige Energielösungen nutzen. 
• Verantwortung für die Zukunft, indem ein nachhaltigerer Ansatz verfolgt und Ressourcen maximiert werden. 

Potenzielle Anwendungsbereiche von Second-Life-Speichern

Die potenziellen Anwendungsbereiche von Second-Life-Speichern reichen von Privathaushalten über Industrielösungen bis zu Netzdienstleistungen. Anbei einige Beispiele: 

• Heimspeicher für private Haushalte, z. B. zur Eigenverbrauchsoptimierung 
• Gewerbe- und Industriespeicher, z. B. zur Lastspitzenkappung oder Eigenverbrauchsoptimierung 
• Netzspeicher, z. B. zur Primärregelleistung oder Energiehandel 

Herausforderungen von Second-Life-Batteriespeichern

Die Idee, Batterien aus elektrisch betriebenen Autos ein zweites Leben zu geben, ist auf den ersten Blick äußerst attraktiv und vielversprechend. Neben all den Potenzialen bringt die Nutzung von Second-Life-Speichern allerdings auch einige Herausforderungen mit sich: 

• Mangelndes Vertrauen und Sicherheitsbedenken und die daraus resultierende eingeschränkte Zahlungsbereitschaft der Kund:innen führen zu geringen Erlösen. 
• Unstetige, nicht planbare, begrenzte Rücklaufmengen an Second-Life-Batterien. 
• Hoher Zerlegungs- und Testaufwand aufgrund fehlender Datenbereitstellung. 
• Fehlende Datentransparenz und -durchgängigkeit in der Wertschöpfung der Batterien. 
• Hohe Kosten in der Herstellung des Stromspeichers. 
• Komplexe Modulintegration aufgrund verschiedener Module mit unterschiedlichem Zelldesign, Zellchemien und Alterungszuständen, die schwierig zusammenzuführen sind. 
• Konkurrenz durch neue Zellchemien, wie LFP (Lithium-Eisenphosphat), die kostengünstiger sowie sicherer sind und in First-Life-Speichern eingesetzt werden. 
• Unklarheiten über die Kombinierbarkeit von unterschiedlichen Batterien. 

Lösungen für die Zukunft von Second-Life-Batteriespeichern

Zur Überwindung der Herausforderungen gibt es jedoch schon heute innovative Lösungen und Ansätze. Zu den wichtigsten Schlüsselelementen zählen: 

• Produkt-Service-Systeme 
• Effektives Ecosystem 
• Digitale Technologien 

Produkt-Service-Systeme als zirkuläres Wertversprechen

Produkt-Service-Systeme (PSS) sind ein wichtiger Schlüssel, um die vorgestellten Herausforderungen zu bewältigen. Sie bieten drei verschiedene Ansätze – produkt-, nutzungs- und ergebnisorientierte PSS – und tragen maßgeblich zur Verbesserung der Speicherlösungen bei. 

Produktorientierte PSS bieten Kund:innen zusätzlich zum eigentlichen Produkt weitere produktbegleitende Dienstleistungen wie Wartungen und Garantien. So wird das Risiko von Speicherausfällen minimiert und das Kundenvertrauen gestärkt, da die Kund:innen durch jene Leistungen gegen einen möglicherweise auftretenden Defekt abgesichert sind. 

Nutzungsorientierte PSS bieten die Vermietung oder das Leasing von Speichern an. Hersteller bleiben somit während der Nutzung Eigentümer der Speicher. Ergebnisorientierte PSS gehen noch einen Schritt weiter und sind auf „Energy-as-a-Service“ ausgerichtet, bei dem Kund:innen nur für den tatsächlichen Energiedurchsatz bezahlen. Beide Varianten reduzieren die Bedenken von Kund:innen hinsichtlich der Langlebigkeit und Funktionsfähigkeit der Speicher erheblich, da diese nicht selbst Eigentümer der Speicher sind. 

PSS tragen auch zur Kreislaufwirtschaft bei, indem sie eine reibungslose Batterierückführung und nachhaltige Wartungen und Reparaturen ermöglichen. Sie bieten Vertrauen, steigern die Zahlungsbereitschaft und unterstützen so eine effizientere und nachhaltigere Nutzung von Speicherressourcen.

Digitale Technologien zur Datenverarbeitung

Simultan zu PSS sind auch digitale Technologien für den gesamten Lebenszyklus von Batterien entscheidend. Sie machen die PSS „smart“. So ermöglichen fortschrittliche Datenanalysetechniken eine permanente Überwachung und prädiktive Instandhaltung, um die Sicherheitsbedürfnisse der Kunden zu erfüllen. 

Digitale Technologien gewährleisten eine kontinuierliche Datenerfassung entlang des Batteriekreislaufs sowohl im First-Life im BEV als auch im Second-Life im Batteriespeicher. Dabei ist es wichtig, die Daten der Batterie entlang der gesamten Wertschöpfung von der Zellfertigung bis zum Recycling transparent zu halten und weiterzugeben, um die Prozesse in den einzelnen Lebensphasen der Batterie zu vereinfachen.

Rechtliche Rahmenbedingungen, wie die geltende EU-Batterieverordnung, prägen die Landschaft der Technologien, die für die Weiterverwendung der Batterien nötig sind. So soll die Einführung eines Batteriepasses mit Informationen zu CO2-Emissionen, Inhaltsstoffen, sozialer Rohstoffgewinnung und technischen Daten wie der Kapazität von Batterien ab 2027 verpflichtend sein.

Zu nutzbaren digitalen Technologien gehören:

• Digital Twins: Nutzung von Echtzeitdaten, um den Zustand, die Position oder die Funktion einer Batterie in einer virtuellen Umgebung zu simulieren und prädiktive Verhaltensmuster ableiten zu können.
• Künstliche Intelligenz: Nutzung zur Optimierung der Batterieüberwachung und des Batterietestens sowie zur Datenanalyse und Wartung.

Effektives Ecosystem als großes Ganzes

Das zirkuläre Ecosystem bezieht sich auf ein integriertes System von Akteur:innen und Prozessen, die darauf abzielen, den Lebenszyklus von Batterien zu verlängern. Die wichtigsten Punkte in einem zirkulären Ecosystem für Second-Life-Batteriespeicher sind: 

• Ausweitung der Beschaffungsquellen durch Rückgriff auf sogenannte „Zero-Life-Batterien“. Obwohl diese Batterien in ihrem eigentlichen Anwendungszweck aufgrund von Produktionsfehlern oder -überschüssen nicht verwendet werden, eignen sie sich aufgrund ihres neuwertigen Zustands für eine Second-Life-Nutzung. 
• Die Kooperation zwischen OEMs und Batterieherstellern spielt eine zentrale Rolle. Während die Batteriehersteller das Design für das First-Life der Batterie konzipieren, sollten sie gleichzeitig die Kriterien für das Second-Life im Sinne des „Design for Reuse“-Konzepts berücksichtigen. Dazu gehört auch die Möglichkeit einer automatisierten Zerlegung. 
• Austausch wichtiger Batteriedaten innerhalb des Ecosystems, z. B. zum SoH, um die Zirkularität der Batterien zu fördern. 
• Enge Zusammenarbeit mit Recyclingunternehmen und Verwertungsbetrieben, da diese beiden Akteure in Zukunft einen großen Teil der Altbatterien erhalten werden. 
• Gesetzgeber, der die Second-Life-Industrie mithilfe von gesetzlichen Vorgaben, wie beispielsweise der Batteriestandardisierung oder einer Pflicht zur Second-Life-Nutzung, vorantreiben kann. 
• Technologische Unterstützung, wie die Verstärkung der Datengewinnung und die Integration in Data Analytics Anwendungen zum Data Monitoring, um den Zustand und die Leistungsfähigkeit von Second-Life-Batteriespeichern zu überwachen und ihre Nutzung zu optimieren. 
• Rückführungslogistik einführen, die durch Systeme und Prozesse sicherstellt, dass Batterien am Ende ihres Lebenszyklus in Fahrzeugen effizient zurückgeführt und für den Second-Life-Einsatz vorbereitet werden. 
• Enger Kontakt zur Endkundschaft, um Vertrauen zu gewinnen und die Bedenken der Kund:innen gegenüber Second-Life-Speichern zu überwinden. 
• Zusammenarbeit mit Partnerunternehmen, die z. B. PV-Anlagen oder Ladeninfrastruktur anbieten, um weiterführende Produktlösungen zu ermöglichen.

Case Study: MHP für die Zukunft der Second-Life-Nutzung

Der Second-Life-Ansatz hat das Potenzial, die Lebensdauer von Batterien erheblich zu verlängern und gleichzeitig die Umweltauswirkungen zu minimieren. Für die Verwendung ausgedienter Batterien in Form des Second-Life-Ansatzes bedarf es allerdings Informationen über den Ist-Zustand dieser Batterien. Diese Informationen in Form von Daten sollen aufklären, ob eine Weiterverwendung sicher und auch wirtschaftlich ist. 

Aus diesem Grund forscht MHP am Digital Twin, mit dem der Batteriezustand ohne hohen diagnostischen Aufwand über die gesamte Lebensdauer hinweg durchgängig überwacht werden kann. Damit können die Rückführungsprozesse vereinfacht und die Transaktionskosten begrenzt werden. 

Ein weiteres essenzielles Thema: Der Batteriepass, der durch die EU-Batterierichtlinie verpflichtend eingeführt wird. Dieser soll die einheitliche Übermittlung der relevanten Batteriedaten gewährleisten. Dies führt zudem zur Stärkung der Datentransparenz innerhalb des Wertschöpfungskreislaufs. Die konkrete Ausgestaltung des Batteriepasses ist bisher noch unklar, doch MHP arbeitet bereits an der Umsetzung. 

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Fazit: Second-Life-Batteriespeicher – Potenzial trifft auf Herausforderung

Können aussortierte BEV-Batterien ein Puzzleteil der Energiewende darstellen? Obwohl die Batterien für den Einsatz in Fahrzeugen nicht mehr optimal sind, haben sie dennoch erhebliche Restkapazitäten, die genutzt werden können. Die Vorteile reichen von ökologischen Aspekten, wie CO₂-Reduktion und Ressourcenschonung, über ökonomische Aspekte, wie Kostenersparnis und inländische Wertschöpfung, bis hin zu sozialen Aspekten, die den gesellschaftsübergreifenden Zugang zu Energiespeichern und die Schaffung von Arbeitsplätzen umfassen. Trotz dieser zahlreichen Vorteile gibt es Herausforderungen, wie das aktuell noch geringe Vertrauen der Kund:innen und die bisher unvorhersehbaren und mangelnden Rücklaufmengen. 

Um die komplexen Herausforderungen im Bereich der Second-Life-Speicher zu bewältigen, stehen drei Schlüsselelemente zur Verfügung: PSS, fortschrittliche digitale Technologien und ein effizientes Ecosystem. MHP trägt maßgeblich zur Lösung dieser Herausforderungen bei, insbesondere durch die wegweisende Forschung an Digital Twins für BEV-Batterien sowie durch unsere engagierte Arbeit an der zielführenden Umsetzung des Batteriepasses.

FAQ – Second-Life-Batteriespeicher