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Eco-Produktdesigns für Batterieanwendung

Einfach anfangen!

9. Juni 2023, 16:00 Uhr | Von Marco Nover, Head of Sales & Project Management bei Ansmann, und Miriam Leunissen, Freie Technologiejournalistin

Clippen und Schrauben statt Kleben, sowie modularer Aufbau: Beim Sharing-Akkusystem GreenPack dient das der besseren Zerleg- und damit Recyclebarkeit sowie der besseren Reparierbarkeit von Systemen. Ein Konzept, das inzwischen insbesondere immer mehr Medizinproduktehersteller sowie Hersteller hochwertiger E-Mobility-Anwendungen anspricht. Ein weiterer Bonuspunkt: Was einfach zu zerlegen ist, ist meist auch einfacher zu montieren.

Kreislaufwirtschaft, das ist das Ziel nicht nur in der E-Mobility, sondern in allen Anwendungsbereichen elektrochemischer Speichersysteme. Doch bis zum vollständigen Recycling-Kreislauf ist es noch ein weiter Weg. Was heute schon alles getan werden kann, zeigt dieser Artikel.

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Unterschiedliche nationale Umsetzungen der EU- und sonstigen Richtlinien und Vorschriften treiben den Verwaltungsaufwand auch bei Akkusystemen in die Höhe. Von technischem Cradle-zu-Cradle ist die gesamte mobile Energiebranche dennoch noch weit entfernt; auch die fehlenden biologischen Kreisläufe der meisten in der Elektronik dominierenden Stoffe machen das Thema Lebenszyklusanalyse und CO2-Produkt-Footprint nicht einfach für die Branche. Darauf zu verweisen und auf die fehlenden kommerziellen Recycling-Fabs für all die kommenden Zellen zu warten muss dennoch nicht sein. Entwicklungsabteilung, Logistikabteilungen und Führungskräfte wie in diesem Fall bei Ansmann nähern sich dem Thema Ecodesign stattdessen auch auf verschiedensten anderen Wegen an – ganz im Sinne der »Rs« der nachhaltigen Produktgestaltung.

Rethink

In den Entwicklungsabteilungen insbesondere bei den größeren Pack-Systemen vielfach umsetzbar: Clippen und Schrauben statt Kleben, sowie modularer Aufbau. Beides dient insbesondere der besseren Zerleg- und damit Recyclebarkeit sowie besseren Reparierbarkeit von Systemen. Was vor Jahren erstmals von Ansmann beim Sharing-Akkusystem GreenPack umgesetzt wurde, wird heute, wo immer möglich und vom Kunden unterstützt, immer selbstverständlicher. Insbesondere die Medizinproduktehersteller und Hersteller von hochwertigen E-Mobility-Anwendungen sind dieser Vorgehensweise sehr zugänglich. Nebennutzen, so die Beobachtung: Was einfach zu zerlegen ist, ist meist auch einfacher zu montieren.

Refuse

Auf problematische Inhaltstoffe ganz zu verzichten ist im Akkupack selbst aufgrund technischer Erfordernisse oder mangels Zugriff auf die Vorprodukte meist (noch) nicht möglich. Verweigern kann man sich jedoch vielerorts dem Einsatz von Plastik. Das Ziel: »Plastic-free« wo immer möglich. Besonderen Niederschlag fand dies in den Umverpackungen der Konsumgüter, die heute zu 99 Prozent auf Karton umdesignt wurden. Auch für komplexere Verpackungen empfindlicherer Produkte gibt es inzwischen zahlreiche Möglichkeiten, mit recycelter Gusspappe oder Papierflocken statt Styropor zu arbeiten, um hier nur einige Beispiele zu nennen.

Reduce

Gut reduzierbar im Sinne des Ecodesign-Ansatzes ist an vielen Stellen die Menge der benötigten Energie, in der Anwendung sowie bei der Herstellung. Energieeffiziente Produktionsanlagen wie eine eigenentwickelte neue Widerstandspunkt-Schweißmaschine, aber auch die Zusammenarbeit mit Lieferanten etwa durch neue Zusammensetzungen der Kunststoffe für die Gehäuse der Akkusysteme sind hierzu wichtig. So brachte die Umstellung auf speziell entwickelte Kunststofflegierungen für das GreenPack-Akkupack in Kooperation mit dem Kunststoffexperten von Borealis merkliche Energieeinsparungen. In der Logistik sorgen – wo Transportwege nicht vermeidbar sind - wiederverwertbare Transportsysteme unter anderem zwischen dem Partnerwerk in China und dem Stammhaus in Europa zusammen mit volumenoptimierten Transportbehältern auf den Paletten für eine bessere Ökobilanz, die zudem die Logistikkosten reduziert.

Zur Reduktion – nämlich von Müll – trägt auch eine längere Lebensdauer von Akkupacks bei: Hochwertige Packs mit mehr Ladezyklen sind die denkbar beste Müllverhinderung oder Reduktion etwa im E-Bike-Bereich oder bei Power-Tools. Mittel hierzu können die Verwendung von Lithium-Eisenphosphat-Zellen sein und/oder schonenderes Laden beziehungsweise Entladen. Ein guter Akkupack-Designer findet die optimale Lösung.

Regift/Repurpose/Upcycle

Zugegeben eher ein nettes Detail, aber immerhin ein Beispiel, dass auch dieser Aspekt greifen kann: Im Sinne des Upcycling bestehen die Griffe der zweiten Generation des Akkupack-Austauschsystems Greenpack aus alten Fischernetzen – gut reparierbar und eindeutig eine neue Verwendung.

Repair

Wie erwähnt ist ein reparaturfreundlicher Aufbau eines Systems Voraussetzung, um etwa Zellmodule auszutauchen, wenn Elektronik und Gehäuse noch in Ordnung sind. Schwieriger gestaltet sich der Austausch einzelner Zellen, da die neuen Zellen bei den klassischen Managementsystemen in der Regel vorgealtert sein müssten, um in den Pack integrierbar zu sein. Hier wäre dann eher an Second Use für die übrigen Zellen des Moduls zu denken. Siehe nächster Punkt.

Reuse

Spätestens seit PV-Großspeicher mehr nachgefragt werden, ist ein guter Markt für das zweite Leben von Akkuzellen entstanden und das Ende der Möglichkeiten noch lange nicht erreicht. Allerdings braucht es hierzu funktionierende Rücknahmesysteme, welche die Kunden, sprich: Endnutzer,animieren und motivieren, die Geräte und damit auch Zellen wirklich zurückzugeben. Sinnvoll wäre es, hierzu neue Überlassungs-Modelle anzudenken, wie sie Ansmanns Greenpack-Partner »Swobbee« mit seinen Austauschakkus bereits praktiziert. Auch einige Automobilhersteller wie Renault oder Nio mit Leih-, Lease-, Austausch-, Pfandakkus legen hier erste spannende Umsetzungen vor, die es sich zu beobachten lohnt.

Möglich wären in letzter Konsequenz auch Ansätze, bei denen der Hersteller beziehungsweise Vertreiber der Akkus lediglich für den entnommenen Strom bezahlt wird. Alles andere inklusive Reparatur und Service bliebe im Geschäftsbereich des In-Verkehr-Bringers, der über die jeweils effizienteste und auch nachhaltigste Verwertung in Eigenregie entscheiden kann.

Recycle

Wie eingangs erwähnt ist dieser Klassiker des nachhaltigen Designs bei Akkupacks noch mit einer Vielzahl weithin bekannter Probleme besetzt, die auf Ebene des Akkusystementwicklers und -produzenten nicht zu lösen sind. Chancen sehen wir hier jedoch mindestens in zwei Punkten: zum einen in den erwähnten, gut zerlegbaren Packs kombiniert mit einem guten, verlässlichen Wiederverwertungspartner mit entsprechend hohen ökologischen Standards und Know-how, mit dem auch bei bestimmten Entwicklungsschritten bereits zum Thema Wiederverwertbarkeit Rücksprache gehalten wird. Vorausgesetztes gelingt, wie bereits beschrieben die eigenen Packs durch entsprechende Anreize auch wieder zurückzubekommen.

Zum anderen im Bereich der Kunststoffe: Noch sind Forschungsprojekte wie das mehrfach ausgezeichnete Forschungsprojekt »Biobattery« in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (Fraunhofer LBF) nicht abgeschlossen. Geplant ist jedoch, dass zeitnah ausreichend stabile und serienproduktionstaugliche »Organobleche« aus C4-Materialien, in diesem Fall Hanffasern statt Kunststoffen für beispielsweise E-Bike-Gehäuse produziert werden können.

Eines Tages ist dann vielleicht das letzte bekannte »R« der nachhaltigen Produktion und Produktgestaltung auch in der Elektronik noch erreichbar – R wie »rot«: Kompostierbarkeit? – Vermutlich nicht. Hundert Prozent liegt ohnehin nicht in der Macht einzelner Marktteilnehmer in komplexen Systemen. Doch nur wer anfängt, kann Ziele erreichen!