Ziel dieser Studie

Ziel der Forschung ist die Entwicklung einer Methode zur Bewertung der Nachhaltigkeit von Post-Lithium-Batteriesystemen und die Untersuchung einer möglichen Hochskalierung der Produktion in den frühen Entwurfsphasen.

Zielsetzungen

Während die Produktion von Lithiumbatterien zunehmend von der Versorgung mit kritischen Rohstoffen abhängig ist, erscheinen Post-Lithium-Batterien, z. B. Natrium- oder Magnesiumbatterien, vielversprechend, da diese zumeist aus nahezu unbegrenzt verfügbaren Elementen hergestellt werden und zudem potenziell eine höhere Energiedichte und Nachhaltigkeit bieten können. Daher bedarf es einer umfassenden Nachhaltigkeitsbewertung der neuen Batteriesysteme unter Berücksichtigung ökologischer, ökonomischer und soziotechnologischer Aspekte. Es gibt viel Spielraum zur Verbesserung der Nachhaltigkeit, da diese Systeme noch niedrige Technologiereifegrade (TRLs) aufweisen.

Die bisherige Forschung hat sich vor allem auf einzelne Dimensionen der Nachhaltigkeit konzentriert, während integrative Ansätze für verschiedene Arten von Post-Lithium-Batterien vernachlässigt wurden. In dieser Arbeit wird eine umfassende Methode vorgestellt, die es ermöglicht, diese Forschungslücke zu schließen. Mit Hilfe dieser Methode wird die Nachhaltigkeit von Post-Lithium-Materialien, Komponenten und Prototypzellen, die vom Exzellenzcluster POLiS entwickelt wurden, unter Berücksichtigung ökologischer, ökonomischer und sozialer Aspekte bewertet. Die Ergebnisse sollen Technologieentwicklern als Feedback zur Verbesserung der untersuchten Systeme dienen. Die Bewertung wird prospektiv vorgehen und eine theoretische Hochskalierung vornehmen, um unvorhersehbare Effekte und Nachhaltigkeitsschwerpunkte zu identifizieren.

Methode

Die Methode ist auf Batteriesysteme mit unterschiedlichen TRLs anwendbar, da die verschiedenen analytischen Ansätze an die jeweiligen Entwicklungsstufen angepasst werden können. Bei niedrigen TRLs werden qualitative Analysen, z. B. Ressourcenanalysen, an Laborproben durchgeführt, um die Materialien aus der Nachhaltigkeitsperspektive grob zu untersuchen. Bei reiferen Batteriesystemen im Labormaßstab, für die genügend Daten verfügbar sind, kann eine prospektive Nachhaltigkeitsbewertung durchgeführt werden, um die ökologischen, wirtschaftlichen und sozialen Auswirkungen ausgewählter Systeme während ihrer gesamten Lebensdauer umfassend zu quantifizieren.

Gleichzeitig werden die Eingabedaten und Ergebnisse kontinuierlich mit den Technologieentwicklern diskutiert, da die Eingabedaten zunächst aus dem Labor gewonnen und anschließend anhand der Zwischenergebnisse überarbeitet werden. Auf diese Weise können Nachhaltigkeitsschwerpunkte entlang des potenziellen Lebenszyklus identifiziert und die Skalierbarkeit im Hinblick auf die gesamte Produktionskette ermittelt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit können Technologieentwicklern somit als Entscheidungshilfe dienen (z. B. beim frühen Screening alternativer Materialien) und ihnen helfen, nachhaltige Entwicklungspfade für die Post-Lithium-Batterietechnologie zu bestimmen.

Erwartete Auswirkungen

Die Ergebnisse der ökonomischen, ökologischen und sozialen Analysen sollen dazu beitragen, gemeinsam mit Batteriewissenschaftlern vielversprechende Entwicklungspfade für die nächste Generation der Batterietechnologie zu identifizieren.