Saubere Energiespeicher

»Grüne« Batterien

Lange Zeit galten Batterien als ökologisch höchst bedenklich, da in ihnen Schwermetalle wie Cadmium, Quecksilber und Blei verwendet wurden. In den letzten Jahren hat es signifikante Verbesserungen gegeben beim Einsatz giftiger Chemikalien, bei der Menge an Rohstoffen, welche die Batterieindustrie verwendet, und bei der Effizienz der Batterieaufladung.

Über viele Jahre hinweg sorgten sich Regierungen, Dienstleister im Gesundheitswesen und Umweltgruppen um Batterien und die Verwendung von »Schwermetallen« - jenen Elementen, die durch ihre für Mensch und Tier giftigen oder gefährlichen Eigenschaften bekannt sind, sobald sie in die Umwelt gelangen. Zu diesen Metallen gehören Arsen, Cadmium, Chrom, Kupfer, Quecksilber, Mangan, Blei, Zinn und Thallium. Cadmium beispielsweise schadet der Gesundheit von Mensch und Tier, wenn es sich im Laufe der Zeit im Körper ansammelt.

Die in einer Nickel-Cadmium-Batterie (NiCd) enthaltene Menge an Cadmium machte einen wesentlichen Teil deren Gesamtinhalts aus. Sämtliche Recyclingmaßnahmen rund um diesen Batterietyp trugen viel dazu bei, die unkontrollierte Freisetzung von Cadmium in die Umwelt zu unterbinden. Doch auch die Produktion von Nickel-Cadmium-Batterien bringt Umwelt- und Gesundheitsrisiken mit sich, die sorgfältig gehandhabt werden müssen. So entwickelte Varta ab den 1990er-Jahren Nickel-Metallhydrid-Batterien (NiMH), die NiCd ersetzen sollten.

Innovationen, insbesondere die Gaselektrode (GCE), machten NiMH-Batterien möglich, die über eine größere Energiedichte als NiCd verfügen, jedoch eine gleichwertige langfristige Stabilität aufweisen. Die letzte Varta-Batterie, die Cadmium enthielt, lief 2002 vom Band. Hinsichtlich Giftigkeit stellte Quecksilber das nächste, bedeutsame Metall nach Cadmium dar, das es zu beseitigen galt.

Seltsamerweise resultierte dies größtenteils daraus, dass die Batterie selbst und die Menge des darin verwendeten Quecksilbers sehr klein waren. Dies bedeutete, dass die Verbraucher dazu tendierten, gebrauchte Batterien in den Restmüll zu werfen, anstatt sie zum zuständigen Wertstoffhof zu bringen. Darüber hinaus gestaltet es sich als schwierig, die kleinen Mengen Quecksilber aus den gebrauchten Batterien zu entfernen. Der beste Weg dessen Freisetzung in die Umwelt zu verhindern, bestand daher darin, es nicht mehr zu verwenden.

Beseitigung von Quecksilber

VARTA Microbattery 

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Bild 1: Die Uhrenzelle »V377« von Varta Microbattery hat eine Kapazität von 27 mAh und kommt ohne Quecksilber (Hg) aus.

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VARTA Microbattery

Bild 1: Die Uhrenzelle »V377« von Varta Microbattery hat eine Kapazität von 27 mAh und kommt ohne Quecksilber (Hg) aus.

Die Bemühungen der Produktentwicklung bei Varta Microbattery waren darauf gerichtet, dieses Ziel zu erreichen, ohne dabei die Leistungsfähigkeit der Batterien zu beeinträchtigen. Der erste Erfolg stand 2008 zu Buche, als eine Reihe von quecksilberfreien Uhrenbatterien auf den Markt kam, die parallel zu vergleichbaren, quecksilberhaltigen Produkten angeboten wurden (Bild 1).

Eine Reihe von quecksilberfreien Zink-Luft-Hörgerätebatterien des Herstellers wird noch im Jahr 2011 auf dem Markt erwartet. Da sehr große Stückzahlen dieser Batterien hergestellt werden (ungefähr eine halbe Milliarde Stück pro Jahr), könnte dies den Gebrauch von Quecksilber wesentlich verringern. Während viel Grundlagenforschung erforderlich ist, um solche neuen Batterien zu entwickeln, spielen auch neue Herstellungsprozesse eine entscheidende Rolle.

So nimmt Varta Microbattery noch im Jahr 2011 eine Fabrikanlage in Betrieb, die für die Produktion von quecksilberfreien Batterien geeignete Reinräume zur Verfügung stellt. Jede Verbesserung bezüglich des Verhältnisses von Eingangsenergie (während des Aufladevorgangs) zu Ausgangsenergie (während des Entladevorgangs) reduziert die Menge an Elektrizität, die von wiederaufladbaren Batterien verbraucht wird und trägt somit zur Reduzierung der Kohlenstoffdioxidemission bei.

Dies ist ein Bereich, in dem Hersteller von Elektronikgeräten Verantwortung für die Umwelteinwirkung von Batterien übernehmen können, indem sie Schaltkreise implementieren, welche die Entladetiefe (Depth of Discharge, DOD) genau messen und ein anpassungsfähiges Aufladen ermöglichen. Aufgrund der genauen Messung des Ladezustands kann ein Batterieregler zum Beispiel die Ladeschaltung abschalten, wenn die Batterie den höchstmöglichen Ladezustand erreicht hat. Dies beugt potenziellen Schäden und Energieverschwendung vor, die durch Überladungen verursacht werden. Smart-Battery-Laderegler können ebenfalls hochleistungs- und anpassungsfähige Ladealgorithmen durchführen, welche die Geschwindigkeit des Ladevorgangs entsprechend den Änderungen der Batterietemperatur und des Ladezustands anpassen können. Dies minimiert die Menge an verschwendeter Eingangsenergie.

Weniger Rohstoffe nötig

Eine scheinbar sehr einfache Änderung durch die Elektronikhersteller bringt wohl den größten Vorteil für die Umwelt: der Austausch von Primärbatterien in Endprodukten durch wiederaufladbare Batterien. Das beruht nicht so stark auf der offensichtlichen Tatsache, dass eine Primärbatterie nach dem Gebrauch entsorgt werden muss, wohingegen sich eine wiederaufladbare Batterie wiederverwenden lässt. Es hat vielmehr damit etwas zu tun, dass eine Primärbatterie jeglicher Art durch eine wesentlich kleinere wiederaufladbare Batterie ersetzt werden kann, ohne die Leistungsfähigkeit des versorgten Systems zu beinträchtigen. Sobald die Primärbatterie entladen ist, muss sie entsorgt und ersetzt werden, weshalb die Entwickler im Allgemeinen eine sehr leistungsfähige Primärbatterie verwenden müssen, um eine angemessene Lebensdauer zu garantieren, bevor ein Austausch notwendig wird. Eine wiederaufladbare Batterie mit einer viel niedrigeren Leistungsfähigkeit kann

Lithium-Ionen-Akkus haben sich in Millionen von Laptops bewährt, sodass Entwickler von Elektroniksystemen diese ohne Bauchschmerzen einsetzen können. Geräte mit wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien erfordern eine gewisse Steuerelektronik, die für Primärbatterien nicht notwendig ist. Zur Installation einer solchen Elektronik sind handelsübliche Komponenten verfügbar. Durch ihren »CellPac Plus«-Service kann Varta Microbattery OEMs, die nach einer kundenspezifischen wiederaufladbaren Batterie verlangen, ein umfassendes Leistungs- und Produktspektrum anbieten.

Verantwortung der Produktentwickler

Die Märkte und Verbrauchernachfragen weisen darauf hin, dass die weltweiten Absatzzahlen für Batterien längerfristig beträchtlich steigen werden. Während diese Entwicklung unaufhaltsam ist, liegt es in der Hand der Elektronindus-trie, die Umwelteinwirkungen dieser Entwicklung abzuschwächen. Obwohl die von Varta Microbattery und anderen Herstellern erzielten Fortschritte, zum Beispiel der zunehmende Verzicht auf Quecksilber in Batterien, eine nachhaltig positive Auswirkung haben werden, können alle Produktingenieure bei den Elektronik-OEMs umweltfreundliche Entscheidungen treffen. Sie sollten ihre Zulieferer sorgfältig auswählen und insbesondere soweit wie möglich größere Primärbatterien durch kleinere wiederaufladbare Batterien ersetzen (siehe auch Kasten »Anleitung zum Einkauf von umweltfreundlichen Batterien«).

Über die Autorin:

Sonja Peitl-Steinart verantwortet den Bereich Corporate Communications bei Varta Microbattery.

Weiterführende Links:

• »Wir setzen die Maßstäbe im Hörgerätebatterie-Geschäft«: Varta Microbattery baut eine neue Hörgerätebatterie-Fabrik