Umweltfreundlichkeit

Wie nachhaltig sind Superkondensatoren?

Sind Superkondensatoren verträglich für die Umwelt?
Helfen uns Superkondensatoren in eine grüne Zukunft? Ist die Technologie überhaupt nachhaltig?

Über die Problematiken bezüglich der Umweltfreundlichkeit von Batterien wird oft gesprochen. Beispielsweise enthalten Blei-Säure-Akkus – wie der Name bereits besagt – ein giftiges Schwermetall und eine starke Säure. Nickel-Cadmium-Batterien wurden sogar aufgrund der Schädlichkeit von Cadmium verboten. Trotz ihrer technischen Ausgereiftheit sind Lithium-Ionen-Batterien vor allem deswegen problematisch, da Lithium ein Rohstoff ist, der oft unter ethisch sehr fragwürdigen Bedingungen gewonnen wird und dabei auch Umweltschäden verursacht werden. Angesichts einer insgesamt sehr energieintensivenProduktionskette der Akkuzellenherstellung gibt es Verbesserungspotenzial. Die positive Elektrodenpaste und der negative Stromkollektor verursachen besonders hohe Emissionen [1]. Sind also Superkondensatoren eine nachhaltigere Alternative? Wie sieht ihre Bilanz für die Umwelt aus?

Zuerst einmal muss man bedenken, dass Superkondensatoren nicht genau den gleichen Anwendungsbereich (interner Link!) wie Lithium-Ionen-Batterien abdecken – oft machen sie als Ergänzung Sinn, in vielen Fällen können Sie erstere aber auch ganz ersetzen. Besonders attraktiv ist ebenfalls, dass sie bei einer Kopplung mit Lithium-Ionen-Batterien in elektrisch betriebenen Autos deren Lebenszeit erhöhen können und damit eine längere Gesamtlaufzeit ermöglichen. Das macht Superkondensatoren ja gerade zu so einer attraktiven Ergänzung beziehungsweise Alternative.  Kontext Elektromobilität bedeutet die lange Lebensdauer von Superkondensatoren außerdem, dass diese nach dem Ende der Lebenszeit eines Elektroautos weiterverwendet werden können – ganz im Gegenteil zu Lithium-Ionen-Akkus [2].

Life Cycle Assessment von Superkondensatoren

Life Cycle Assessment
Man muss alle Phasen des Lebenszyklus betrachten, um die Verträglichkeit für die Umwelt zu evaluieren.

Beim gesamten Themenkomplex Energiewende sollten nicht nur die funktionalen Vorteile eines Energiespeichers untersucht werden, sondern eben auch der gesamte Lebenszyklus des Produkts. Zur Bewertung der Nachhaltigkeit eines Produkts unter Einbeziehung aller „Lebensphasen“ wird in der Regel die s.g. Lebenszyklusanalyse oder Life Cycle Assessment herangezogen. Dabei werden die Umwelteinwirkungen (Entnahmen aus der Umwelt und Emissionen in die Umwelt) während allen Phasen, die ein Produkt durchläuft, also Produktion, Nutzung und Entsorgung herangezogen, ebenso und nachgeschalteten Prozesse jedes einzelnen Schrittes (z. B. Herstellung der Rohstoffe) analysiert und bewertet. Die Methode ist ein wichtiges Mittel, um die ökologische Verträglichkeit von Energiespeichern zu bewerten.

Bezüglich der Nutzungsphase hängt die Umweltfreundlichkeit von Superkondensatoren vor allem von dem Strommix ab, der zum Laden verwendet wird. In dieser Hinsicht ergeben sich also keine Unterschiede zu anderen elektrochemischen Speichertechnologien. Allerdings verfügen Superkondensatoren über einen sehr hohen Wirkungsgrad, sie sind also besonders energieeffizient, besonders, wenn sie im Minutenbereich verwendet werden.

Sind die Herstellungsmaterialien verträglich für die Umwelt?

Umweltverträglichkeit Materialien
Superkondensatoren werden vielfach aus High-Tech Materialien hergestellt.

Die Umweltfreundlichkeit von Superkondensatoren hängt extrem von den Materialen ab, aus denen sie hergestellt wurden. Kommerzielle Superkondensatoren sind meist auf Basis von Acetonitril konzipiert. Dieser Elektrolyt ist ein Blutgift, der Stoff kann durch die Haut aufgenommen werden. Zwar sind geringen Mengen unproblematisch, allerdings treten die Symptome zeitverzögert auf [3]. Für das Ökosystem ist Acetonitril ebenfalls schädlich. Propylencarbonat, die Alternative in kommerziellen elektrochemischen Kondensatoren, weist eine etwa zehnmal geringere Giftigkeit auf und ist allgemein deutlich umweltfreundlicher und ebenfalls in einigen kommerziellen Modellen vorhanden. Die Forschung bemüht sich momentan allgemein, leistungsfähige, günstige und umweltverträgliche neue Elektrolyte zu finden. Davon würde auch die Ökobilanz stark profitieren. Auch wenn Superkondensatoren aus problematischen Materialien hergestellt werden ist zu hoffen, dass sich ihre Ökobilanz bei weiterer Optimierung verbessert, während Lithium-Ionen-Akkus die bei weitem besser ausgereifte Technik sind.

Als Elektrodenmaterialien wird zumeist Aktivkohle verwendet. Da diese praktisch aus jeder Form von Biomasse hergestellt werden kann, weist sie je nach Ausgangsmaterial nur leicht unterschiedliche Eigenschaften aus. Sogar Industrieabfälle wie Apfelzellstoff, Kirschkerne oder PET-Überreste können also als Aktivkohle für Elektrodenmaterial in Superkondensatoren recycelt werden [4]. Somit ist hier eine sehr nachhaltige Produktion möglich.

Als Elektrodenmaterialien verwendet man zumeist Aktivkohle. Diese kann praktisch aus jeder Form von Biomasse hergestellt werden und weist je nach Ausgangsmaterial nur leicht unterschiedliche Eigenschaften aus. Industrieabfälle wie Apfelzellstoff, Kirschkerne oder PET-Überreste können also als Aktivkohle für Elektrodenmaterial in Superkondensatoren recycelt werden [4]. Somit ist hier eine sehr nachhaltige Produktion möglich.

Fazit: Wie umweltfreundlich sind Superkondensatoren?

Superkondensator oder Lithium-Ionen-Batterie - was ist nachhalitger?
Lithium-Ionen-Batterien sind schädlich für die Umwelt, aber sind Superkondensatoren eine grüne Alternative?

Als Verbraucher kann man selbst durch die Verwendung von Ökostrom den ökologischen Fußabdruck des Superkondensators verbessern. Gleichzeitig leisten Superkondensatoren einen wichtigen Beitrag zur Lebenszeitverlängerung von Lithium-Ionen-Akkus und bieten gerade bei Anwendungen, die Zyklen im Minutenbereich aufweisen, einen unschlagbaren Wirkungsgrad. Theoretisch ist es möglich, Superkondensatoren nur aus umweltverträglichen und nachhaltigen Rohstoffen herzustellen, dies ist aber nicht bei allen kommerziellen Produkten der Fall. Grundsätzlich macht es Sinn, Superkondensatoren zu bevorzugen, welche PC als Elektrolyt enthalten.  Dies ist beispielsweise bei CCR, EPCOS and Panasonic UPA and UPB Produkten der Fall, während Saft, Maxwell, Ness, and Panasonic UPC giftiges Acetonitril verwenden [5]. Grundsätzlich handelt es sich aber bei Superkondensatoren um eine sehr innovative und ressourcen-schonende Speichertechnologie. Sie können Lithium-Ionen-Batterien oder andere Typen von Akkus zwar nicht vollständig ersetzen, sie bieten aber eine ideale Ergänzung.