Festkörperelektrolyte mit hervorragender Polymerchemie

Veröffentlicht am5. Oktober 201918. April 2021Autorgh

Membranen mit hohem Coulomb-Wirkungsgrad und stabilem Zellbetrieb bei höheren Spannungen

Sichere, kostengünstige und langlebige elektrische Energiespeicher sind unerlässlich, um den Fortschritt im Bereich des elektrischen Transports, der Technologie mobiler Geräte und autonomer Maschinen einschließlich Drohnen und fortschrittlicher Robotik aufrechtzuerhalten. Ein sehr gefragter Weg zu solchen Geräten führt über die Entwicklung der heutigen Lithium-Ionen-Batterien zu sogenannten „Metallbatterien“, welche die Graphitanode durch einen Alkalimetallblock, einschließlich Lithium, Natrium und Kalium, ersetzen. Jetzt haben sieben Wissenschaftler der Cornell University, Ithaca, im Staat New York vernetzte Polymernetzwerke entworfen, die entweder als Li-Metallanodenbeschichtung oder als alle Festkörperelektrolyte dienen – und in Nature Communications darüber berichtet. Ihre hervorragende Polymerchemie ist für die beeindruckende Leistung der Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan–Vollzellen verantwortlich.

Metallbatterien sind attraktiv, weil sie das Potenzial bieten, die Anodenkapazität um Faktoren von 3 bis 10 zu erhöhen und die Verwendung von Kathoden mit höherer Energiekonversion, einschließlich Schwefel und Sauerstoff, zu ermöglichen. Skalierbare Ansätze zur Bewältigung grundlegender Herausforderungen im Zusammenhang mit morphologischen und hydrodynamischen Instabilitäten an der Alkalimetallanode haben sich in den letzten Jahren als entscheidend für den Fortschritt erwiesen. Derzeit gibt es kein Elektrolyt- oder elektrochemisches Zelldesign, das all diese Herausforderungen bewältigt.

Die vielfältigen Lithium-Ionen-Batterien, kurz LIB, haben im Batteriemarkt die höchsten Wachstumsraten. Es gibt dutzende Elektrodenmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Daher muss der Typ genau klassifiziert werden, etwa das Kathoden- und Anodenmaterial – ob NMC-Graphit oder LFP-LTO – und weitere besondere Komponenten – oder, ob ein Festkörperelektrolyt statt eines flüssigen Elektrolyten verwendet wird. LIB-Kathoden bestehen aus einem Stromableiter (meist Aluminium-Folien), auf den ein Aktivmaterial aufgebracht ist, in dem der Strom und die Lithium-Ionen gespeichert werden können (nach: batterieforum-deutschland.de/lithium-ionen-batterien).

Younicos -Lithium-Ionen-Batterie Berlin Adlershof – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft für Solarify

Elektrochemische Zellen auf Alkalimetallanodenbasis werden als potenziell transformative Technologieplattformen zur Speicherung elektrischer Energie wissenschaftlich intensiv genutzt. Chemische, morphologische, mechanische und hydrodynamische Instabilitäten an der Metallanode führen zu ungleichmäßiger Metallbeschichtung und schlechter Anodenumkehrbarkeit, die zu den vielen bekannten Herausforderungen gehören, die den Fortschritt begrenzen. In Nature Communications berichten die Autoren, dass Festkörperelektrolyte auf Basis vernetzter Polymernetzwerke all diese Herausforderungen in Zellen auf Basis von Lithium-Metall-Anoden bewältigen können. Anhand von Transport- und elektrochemischen Analysen zeigen sie, dass durch die Manipulation thermodynamischer Wechselwirkungen zwischen kovalent im Netzwerk verankerten Polymersegmenten und „freien“ Segmenten, die zu einem oligomeren Elektrolyten gehören, der in den Netzwerkporen untergebracht ist, auf einfache Weise Hybrid-Elektrolyte erzeugt werden können, die gleichzeitig flüssigkeitsähnliche Barrieren für den Ionentransport und eine feststoffähnliche Beständigkeit gegen morphologische und hydrodynamische Instabilität aufweisen.

Nach herkömmlicher Meinung können Festkörperelektrolyte, die aus mechanisch starken und chemisch inerten Materialien bestehen, eine einheitliche Strategie zur Minderung aller Quellen der Instabilität in einer Metallbatterie bieten. Die Erfolge und Schwächen solcher Festkörper-Metallbatterien, vor allem solcher auf Basis von Li, beginnen sich aus grundlegenden und anwendungsorientierten Studien abzuleiten. Zu den wichtigsten Herausforderungen gehören:

Schwierigkeiten bei der Suche nach Materialien, die gleichzeitig eine ausreichende mechanische Steifigkeit bieten, um die Wachstumskinetik von nicht-planaren Metallablagerungen zu verlangsamen und gleichzeitig einen schnellen Raumtemperatur-Schütt- und Grenzflächen-Ionen-Transport zu ermöglichen – insbesondere wenn die Alkalimetallelektrode in Verbindung mit hochkapazitiven interkalierenden Kathoden wie LiCoO₂ (LCO), LiNiMnCoO₂ (NMC) und LiNiCoAlO₂ (NCA) verwendet wird.
Unfähigkeit vieler der besten Elektrolytkandidaten, sich reversibel zu verformen und zu biegen, um Volumenänderungen an der Anode anzupassen.
Komplexe, isolierende Zwischenphasen, die durch Festkörperelektrolyte in Kontakt mit der reaktiven Alkalimetallelektrode gebildet werden. Dichte Polyether-basierte Netzwerke mit hohen Vernetzungsdichten wurden auch in mehreren neueren Studien berichtet, um einige dieser Herausforderungen bei niedrigen Stromdichten effektiv zu bewältigen. In jüngerer Zeit berichteten Wei, et al., dass Flüssigelektrolyte, die Polymere mit hoher Molmasse enthalten, um molekulare Verflechtungen in der Flüssigkeit zu bilden und dadurch Viskoelastizität zu verleihen, effektiv bei der Stabilisierung der Abscheidung von Metallen bei mittleren Stromdichten sind, insbesondere bei Elektroden, die aus weicheren Alkalimetallen wie Natrium bestehen.

Studien-Hauptautor Lynden A. Archer: „Hier berichten wir über die Synthese, die physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften von dünnen, festen Polymerelektrolyten, die direkt auf der Oberfläche von Li-Metallanoden gebildet werden. Mit einer einfachen, lichtinitiierten chemischen Reaktionsstrategie zeigen wir, dass es möglich ist, auf Li hochelastische, festkörperreiche Polymerinterphasen zu erzeugen, die sich biegen und dehnen können, um Volumenänderungen an der Anode beim Li-Beschichten und Strippen anzupassen. Ein wichtiges Ergebnis ist, dass die Wechselwirkungen und die Zusammensetzung solcher Elektrolyte in Gegenwart einer kompatiblen flüssigen Phase abgestimmt werden können, um feste, elastische Membranen zu erzeugen, die, ob als Zwischenphasen oder als Vollfestelektrolyte eingesetzt, den elektrochemischen Prozessen an der Anode ein hohes Maß an Reversibilität verleihen. Solche Materialien werden beispielsweise gezeigt, um die hydrodynamische Instabilität, die als Elektrokonvektion bezeichnet wird, durch eine unbegrenzte Verlängerung des diffusionsbegrenzten Ionenmigrationsregimes zu beseitigen. Zyklustests in elektrochemischen Zellen, die aus metallischen Li-Anoden und handelsüblichen Nickel-Kobalt-Mangan-Oxid-(NCM)-Kathoden bestehen, zeigen weiterhin, dass die Membranen einen hohen Coulomb-Wirkungsgrad (CE) und einen stabilen langfristigen Zellbetrieb bei wesentlich höheren Spannungen ermöglichen, als dies bisher für Elektrolyte auf Etherbasis berichtet wurde. Die direkte Visualisierung der Li-Elektrotauchlackierung zeigt eindeutig, dass die Fähigkeit der in Kontakt mit der Li-Anode gebildeten elastischen Grenzflächen, die kompakte Abscheidung zu fördern, eine wichtige Quelle für die elektrochemische Stabilität und Vielseitigkeit der Materialien ist.“

->Quellen:

Snehashis Choudhury, Sanjuna Stalin, Duylinh Vu, Alexander Warren, Yue Deng, Prayag Biswal & Lynden A. Archer: „Solid-state polymer electrolytes for high-performance lithium metal batteries“, (Festkörperpolymerelektrolyte für leistungsstarke Lithium-Metall-Batterien), in: Nature Communications Band 10, Artikelnummer: 4398 (2019) – nature.com/articles/s41467-019-12423-y
batterieforum-deutschland.de/lithium-ionen-batterien

Nachhaltige Büros: Ein wachsender Trend trotz wirtschaftlicher Herausforderungen

Während früher vor allem Lage und Ausstattung die wichtigsten Kriterien für Büroflächen waren, rückt heute ein weiterer Faktor in den Vordergrund – die Nachhaltigkeit. Ein Trend, der sich besonders in deutschen Metropolen deutlich abzeichnet. Nachhaltige Büroimmobilien gewinnen in deutschen Metropolen an Bedeutung Nachhaltige Büroimmobilien erfahren in Deutschland, insbesondere an den Top-Standorten wie Berlin, Frankfurt, München und Hamburg, einen starken Aufschwung. Eine aktuelle Analyse des Immobilienberatungsunternehmens JLL unterstreicht diesen Trend: Mit 13,69 Millionen Quadratmetern zertifizierter Bürofläche – ein Plus von 2,57 Millionen Quadratmetern im Vergleich zum Vorjahr – sind inzwischen 14 % des gesamten Büroflächenbestands von 98,74 Millionen Quadratmetern nachhaltig ausgerichtet. Immobiliensektor als Schlüssel für den Klimaschutz Der Immobiliensektor trägt mit rund 40 % des weltweiten Energieverbrauchs und 50 % des Verbrauchs natürlicher Ressourcen erheblich zur Umweltbelastung bei. Dieses Bewusstsein führt zu einem verstärkten Umdenken bei Mietern und Investoren. Nachhaltigkeitszertifikate wie DGNB, LEED und BREEAM, die für umweltfreundliche Bau- und Betriebsweisen stehen, gewinnen an Bedeutung. Diese Zertifikate bewerten zentrale Aspekte wie Energieeffizienz, Materialwahl und Langlebigkeit der Gebäude und tragen dazu bei, die Nachhaltigkeitsziele der Branche voranzutreiben. Großunternehmen treiben die Nachfrage nach zertifizierten Flächen maßgeblich voran: Etwa 43 % der Großanmietungen über 1.000 Quadratmeter entfallen inzwischen auf nachhaltig zertifizierte Flächen. Frankfurt nimmt dabei eine Vorreiterrolle ein: Bereits 27 % der Büroflächen in der Stadt sind zertifiziert, was den Durchschnitt der Top-7-Standorte deutlich übertrifft und Frankfurts Position als Zentrum nachhaltiger Immobilienentwicklung stärkt. Obwohl die Leerstandsquote in deutschen Großstädten bei etwa 6,6 % liegt, bleibt das Interesse an zertifizierten Büroflächen hoch. Neben ökologischen Gründen spielen regulatorische Vorgaben und positive Imageeffekte eine wesentliche Rolle. Der Anteil nachhaltiger Gebäude an Neuvermietungen in den Top-7-Standorten macht bereits ein Drittel aus – ein klarer Indikator für die steigende Bedeutung umweltfreundlicher Immobilien in der gesamten Branche. Kreislaufwirtschaft als nächste Herausforderung Die Kreislaufwirtschaft wird zu einem zentralen Element der nachhaltigen Immobilienentwicklung. Der „Circular Economy Action Plan“ (CEAP) der EU-Kommission aus dem Jahr 2020 sowie die Nationale Kreislaufwirtschaftsstrategie der Bundesregierung legen den Fokus auf eine ressourcenschonende Immobilienwirtschaft. Diese Anforderungen fließen zunehmend in Zertifizierungssysteme ein und verlangen von Immobilienentwicklern innovative Ansätze, die bereits in der Planungsphase beginnen. Branchenspezifische Unterschiede in der Nachfrage Die JLL-Analyse zeigt, dass die Nachfrage nach nachhaltigen Büroflächen je nach Branche variiert: Banken und Finanzdienstleister: 82 % der Anmietungen erfolgen in zertifizierten Immobilien Medienbranche: 70 % Versicherungssektor: 68 % Insbesondere im Finanzsektor korreliert der hohe Anteil zertifizierter Anmietungen mit dem wachsenden Angebot nachhaltiger Finanzprodukte und den ESG-Zielen der Unternehmen, die zunehmend auch in deren Immobilienstrategien sichtbar werden. Ausblick: Zunehmende Bedeutung nachhaltiger Büroflächen Für 2024 prognostiziert JLL einen Flächenumsatz von 2,7 Millionen Quadratmetern, wobei der Anteil an zertifizierten Flächen weiter steigen dürfte. Die derzeit hohe Nachfrage übersteigt das verfügbare Angebot, was den Druck auf Immobilienentwickler erhöht, Nachhaltigkeitszertifizierungen bei Neubauten und Sanierungen stärker zu berücksichtigen. Dieser Trend spiegelt einen grundlegenden Wandel in der Immobilienbranche wider: Nachhaltige Büroflächen werden zunehmend als strategischer Wettbewerbsvorteil angesehen, der nicht nur ökologische, sondern auch ökonomische Vorteile schafft und zur langfristigen Zukunftsfähigkeit der Branche beiträgt. Quellen: jll.de/de/trends-and-insights/research/cesar jll.de/de/trends-and-insights/research/bueromarktbericht
Recycling als realistischer Weg zur Emissionsreduktion

Die Kreislaufwirtschaft rückt zunehmend in den Fokus, wenn es um Lösungen zur Reduktion von Emissionen und zur Erreichung der Klimaziele in Deutschland geht. Laut der neuen Studie der Agora Think-Tanks, „Klimaneutrales Deutschland – Von der Zielsetzung zur Umsetzung“, ist dieser Ansatz nicht nur machbar, sondern entscheidend für den erfolgreichen Übergang zu einer nachhaltigen und klimafreundlichen Wirtschaft. Die Autoren betonen die Dringlichkeit und Relevanz der Kreislaufwirtschaft, insbesondere in der Chemie- und Kunststoffproduktion, um die Emissionen im Abfallsektor deutlich zu senken. Die Studie wurde im Auftrag der Agora-Denkfabriken Energiewende, Industrie, Agrar sowie Verkehrswende unter anderem vom Öko-Institut und dem Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie erstellt. Recycling und Biomasse als Schlüsselansätze Ein zentraler Ansatz der Studie ist die verstärkte Nutzung von recycelten Materialien, um die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen wie Rohöl zu verringern. Die Herstellung von Chemikalien und Kunststoffen aus recycelten Materialien könnte die Emissionen erheblich reduzieren. „Mittels Recycling-Methoden wird der gebundene Kohlenstoff bei Kunststoffprodukten möglichst lange im Kreislauf geführt“, heißt es in der Studie (S.32). Diese Recyclingverfahren ermöglichen es, den Kohlenstoffanteil von Kunststoffabfällen effizient zu nutzen und die Umweltauswirkungen zu minimieren. Ein weiterer bedeutender Aspekt ist die Nutzung von Biomasse als Rohstoff in der Chemieindustrie. Ab 2030 sehen die Experten eine verstärkte Anwendung des chemischen Recyclings und die stoffliche Nutzung von Biomasse. Der in der Biomasse enthaltene Kohlenstoff könnte beispielsweise in Produkten wie Methanol verwendet werden. Dies eröffnet nicht nur neue Wertschöpfungsketten, sondern reduziert auch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen. Politische Maßnahmen zur Förderung der Kreislaufwirtschaft Um die Transformation zur Kreislaufwirtschaft erfolgreich zu gestalten, seien politische Instrumente notwendig. Die Autoren der Agora-Studie schlagen hier mehrere Hebel vor. Dazu zählt die Einführung von Mindestanforderungen für Produktgruppen, um recycelbare Materialien zu fördern. Ein weiteres wirksames Mittel ist die Nutzung der öffentlichen Beschaffung. Durch gezielte Vorgaben könnte der Staat als großer Nachfrager nachhaltiger Produkte auftreten und so den Markt in die gewünschte Richtung lenken. Ein weiteres Schlüsselelement ist die EU-Ökodesign-Verordnung, die Vorgaben für die Gestaltung langlebiger, reparaturfähiger und recycelbarer Produkte festlegen könnte. So könnten Produkte mit einer längeren Lebensdauer oder einer höheren Recyclingfähigkeit bevorzugt auf den Markt kommen, was sowohl Emissionen senkt als auch die Ressourceneffizienz steigert. Die Experten legen eine Grundlage für politische Rahmenbedingungen, die jedoch klar definiert und konsequent umgesetzt werden müssen, um den Wandel voranzutreiben und die Klimaziele bis 2030 und darüber hinaus zu erreichen. Wirtschaftliche Bedeutung der Transformation Besonders wichtig ist es, Investitionen in klimaneutrale Lösungen zu fördern, da diese nicht nur dem Umweltschutz dienen, sondern auch die strukturelle Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft langfristig verbessern. Der Bericht hebt hervor, dass bis 2045 ein Großteil der erforderlichen Investitionen in Energie- und Verkehrsinfrastruktur, Industrieanlagen und Gebäude ohnehin notwendig ist. Diese Finanzströme müssen durch kluge Preisanreize und Marktregulierungen in klimafreundliche Technologien umgelenkt werden. Zusätzliche Investitionen in den Klimaschutz machen durchschnittlich 3 Prozent des BIP aus, wobei viele dieser Ausgaben sich als wirtschaftlich erweisen – erneuerbare Energien und Stromnetze refinanzieren sich zu 90 Prozent durch Markterlöse. Die Studie verdeutlicht, dass der Wandel hin zu einer klimaneutralen Wirtschaft erhebliche Investitionen erfordert. Die Autoren schätzen, dass jährlich etwa 540 Milliarden Euro – das entspricht rund 11 Prozent der Wirtschaftsleistung Deutschlands – in die klimafreundliche Umgestaltung der Industrie fließen müssen. Die Kreislaufwirtschaft spielt hier eine zentrale Rolle, um den notwendigen Wandel kosteneffizient und ressourcenschonend zu gestalten. Laut dem Bericht zur Klimapolitik wird betont, dass klare und verlässliche Rahmenbedingungen erforderlich sind, um die Transformation in den Bereichen Energie, Verkehr und Bauwesen erfolgreich voranzutreiben. Seit 2014 zeige sich, dass ambitionierte Klimapolitik Wirkung zeigt: In der Energiewirtschaft sind die Emissionen bereits um rund 40 Prozent gesunken. Dennoch bleiben die Verkehrswende und die Umstellung auf klimaneutrale Gebäude große Herausforderungen, die nur mit politischem Rückhalt und gezielten Investitionen bewältigt werden können. Quelle: agora-energiewende.de/aktuelles/der-mix-machts-wie-investitionen-in-klimaschutz-wirtschaft-und-gesellschaft-staerken Pressemitteilung der Agora Think-Tanks: Der Mix macht’s: Wie Investitionen in Klimaneutralität Wirtschaft und Gesellschaft stärken Vollständige Studie: https://www.agora-energiewende.de/Klimaneutrales_Deutschland.pdf
Mercedes-Benz eröffnet wegweisende Batterierecyclingfabrik

Mercedes-Benz setzt auf nachhaltiges Batterierecycling Am 21. Oktober 2024 hat Mercedes-Benz in Kuppenheim, Baden-Württemberg, eine Batterierecyclingfabrik eröffnet. Diese Anlage stellt einen wichtigen Schritt in Richtung nachhaltiger Elektromobilität dar, da sie dazu beiträgt, wertvolle Rohstoffe aus Altbatterien zurückzugewinnen und den Materialkreislauf zu schließen. Damit unterstreicht Mercedes-Benz die wachsende Bedeutung der Kreislaufwirtschaft, insbesondere in der Automobilbranche, die sich zunehmend auf Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz konzentriert. Die neue Recyclingfabrik ist auch ein Pilotprojekt, das ein innovatives „mechanisch-hydrometallurgisches Verfahren“ einsetzt. Das soll es ermöglichen, Materialien wie Lithium, Nickel und Kobalt in hoher Reinheit zurückzugewinnen und wieder in die Produktion neuer Batterien einfließen zu lassen. Rückgewinnung und Wiederverwendung der für die E-Mobilität essenziellen Rohstoffe werden immer wichtiger und lukrativer. Auch große Unternehmen wie Mercedes-Benz investieren nicht nur in die Forschung und Entwicklung von Elektrofahrzeugen, sondern arbeiten aktiv an der Realisierung der Kreislaufwirtschaft mit. „Wir müssen zu einem geschlossenen Kreislauf kommen, wenn wir nachhaltig arbeiten wollen. […] Das ist dringend notwendig auch für die Elektrifizierung der Lkw-Flotten, weil der Rohstoffverbrauch da noch viel höher ist als beim Pkw“, sagt der Mercedes-Batterieexperte Helmut Ehrenberg dem SWR. Das Verfahren: Mechanisch-hydrometallurgisches Recycling Die neue Anlage in Kuppenheim verfolgt das Ziel, hohe Effizienz und Nachhaltigkeit zu vereinen. Im Mittelpunkt steht das mechanisch-hydrometallurgische Recyclingverfahren, das gegenüber herkömmlichen Methoden Vorteile bietet. Zum einen soll das Verfahren eine Rückgewinnungsquote von über 96 Prozent erreichen, was bedeutet, dass nahezu alle in den Altbatterien enthaltenen wertvollen Materialien wiederverwertet werden können. Dies wäre ein entscheidender Beitrag zur Schonung der Rohstoffressourcen, insbesondere in Anbetracht der steigenden Nachfrage nach Materialien wie Lithium, Nickel und Kobalt. Besonders hervorzuheben ist der geringe Energieverbrauch des Verfahrens. Im Vergleich zu herkömmlichen pyrometallurgischen Verfahren, bei denen hohe Temperaturen erforderlich sind, arbeitet das neue Verfahren bei Temperaturen von bis zu 80 °C. Dadurch wird der Energieaufwand erheblich reduziert, was nicht nur die Produktionskosten senkt, sondern auch die CO2-Bilanz der Anlage verbessert. Ergänzend dazu nutzt die Fabrik 100 Prozent Ökostrom und ist mit einer Photovoltaikanlage ausgestattet, was eine CO2-neutrale Produktion sicherstellt. Ola Källenius, der Vorstandsvorsitzende der Mercedes-Benz Group AG, betonte bei der Eröffnung der Anlage die Bedeutung dieser neuen Technologie für die Zukunft der Automobilbranche: „Als Pionier im Automobilbau markiert Europas erste integrierte mechanisch-hydrometallurgische Batterierecyclingfabrik einen wichtigen Meilenstein für mehr Nachhaltigkeit bei Rohstoffen.“, Kapazität und Investition: Die Pilotanlage in Kuppenheim hat eine jährliche Recyclingkapazität von 2.500 Tonnen Altbatterien, was ausreichen soll, um Materialien für die Produktion von über 50.000 neuen Batteriemodulen für vollelektrische Mercedes-Benz-Fahrzeuge zu gewinnen. Mercedes-Benz investiert nach eigenen Angaben eine zweistellige Millionensumme in das Projekt. Eine Investition des Unternehmens in die nachhaltige Wertschöpfung und zu einer zirkulären Wirtschaft. Die Recyclingfabrik ist Teil eines sog. umfassenderen („holistischen“) Ansatzes von Mercedes-Benz, der auf die Kreislauffähigkeit von Batteriesystemen abzielt. Bereits bei der Entwicklung neuer Batteriezellen wird laut Mercedes darauf geachtet, dass diese später recycelt werden können. Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Ansatzes sei die Wiederaufbereitung von Batterien, die als Ersatzteile verwendet oder als stationäre Energiespeicher weitergenutzt werden können. Die zurückgewonnenen Materialien aus dem Recyclingprozess fließen schließlich in die Produktion neuer Batteriemodule ein und schließen damit den Materialkreislauf. Bedeutung für die Automobilbranche Auch auf europäischer Ebene gewinnt das Thema Batterierecycling zunehmend an Bedeutung. Experten, wie Achim Kampker von der RWTH Aachen, erwarten, dass das Recyclinggeschäft ab 2030 in Europa profitabel werden könnte. Die kürzlich verabschiedete Batterie-Verordnung der EU bildet dafür eine wichtige Grundlage, da sie strengere Anforderungen an die Rückgewinnung von Rohstoffen aus Altbatterien stellt. Umweltministerin von Baden-Württemberg, Thekla Walker, betonte, dass die Recyclingfabrik in Kuppenheim ein wichtiger Schritt im Umgang mit der begrenzten Verfügbarkeit von Rohstoffen wie Lithium, Kobalt und Nickel sei. Diese Rohstoffe sind essenziell für die Produktion von Batterien und damit für die Zukunft der Elektromobilität. Durch Projekte wie diese können Abhängigkeiten von internationalen Rohstofflieferanten reduziert und die Versorgungssicherheit in Europa gestärkt werden. In diesem Sinne markiert die Batterie-Recyclingfabrik einen wichtigen Schritt auf dem Weg zu einer ressourcenschonenden Kreislaufwirtschaft. Quelle: mercedes-benz.com/company/news/recycling-factory-kuppenheim tagesschau.de/wirtschaft/unternehmen/batterierecycling-mercedes-100
Neue Technik zur Methanproduktion: Potenzial für Kreislaufwirtschaft

Innovative Methode zur CO2-Verwertung Eine Studie der Universitäten Bonn und Montreal hat einen Katalysator entwickelt, der Kohlendioxid (CO2) und Wasser mithilfe von Strom in Methan umwandelt. Der Katalysator ermöglicht die Umwandlung von CO2 in Methan mit einer Effizienz von über 80 %. Prof. Dr. Nikolay Kornienko vom Institut für Anorganische Chemie der Universität Bonn erläutert: „Wir nutzen als treibende Kraft Elektrizität.“ Wenn wir klimafreundlich erzeugten Strom verwenden, können wir auf diesem Wege Methan herstellen, das potenziell weniger zur Erderwärmung beiträgt.“ Diese Methode könnte einen Beitrag gegen den Klimawandel und für den Ausbau der Kreislaufwirtschaft leisten, indem sie CO2 – ein Treibhausgas – in einen nutzbaren Energieträger umwandelt. Methan lässt sich zum Beispiel zum Heizen oder als Rohstoff in der chemischen Industrie einsetzen. Die Technologie: Die Forschenden setzten bei ihrer Arbeit auf eine Gasdiffusions-Elektrode, um die Reaktion zwischen dem gasförmigen CO2 und dem flüssigen Wasser zu ermöglichen. Der eigentliche Clou liegt jedoch im Design des Katalysators: Lange, wasserabweisende Molekülketten am aktiven Zentrum halten einerseits die Wassermoleküle fern, transportieren aber gleichzeitig die benötigten Wasserstoffatome zur Reaktionsstelle. Dieser ausgeklügelte Mechanismus erlaubt es, die gewünschte Reaktion zu begünstigen und unerwünschte Nebenreaktionen zu minimieren. Die Entwicklung dieses Katalysators stellte das Forschungsteam vor einige Herausforderungen. Die Reaktion eines Gases mit einer Flüssigkeit ist an sich schon komplex. Hinzu kommt die Notwendigkeit, unerwünschte Nebenreaktionen zu verhindern und gleichzeitig eine effiziente Zuführung von Wasserstoffatomen zu gewährleisten. Morgan McKee ein Mitarbeiter des Projekts, beschreibt die Herausforderung folgendermaßen: „Wir müssen verhindern, dass Wasser in Kontakt zur Elektrode gerät. Gleichzeitig benötigen wir es aber als Reaktionspartner.“ Die Lösung dieser Probleme durch den innovativen Katalysatoraufbau sei ein wesentlicher Durchbruch dieser Forschungsarbeit. Innovative Aspekte der Forschung Der von den Wissenschaftlern entwickelte Katalysator weist mehrere neuartige Eigenschaften auf, die ihn von bisherigen Ansätzen unterscheiden. Eine der Hauptinnovationen ist die Verwendung langer, wasserabweisender Molekülketten am aktiven Zentrum des Katalysators. Diese Ketten erfüllen eine doppelte Funktion: Sie halten Wassermoleküle vom aktiven Zentrum und der Elektrode fern, was unerwünschte Nebenreaktionen verhindert, und dienen gleichzeitig als eine Art molekulares Förderband, das Wasserstoffatome zum Reaktionszentrum transportiert. Die Nutzung der Gasdiffusions-Elektrode ermöglicht es, ein Gas (CO2) mit einer Flüssigkeit (H2O) effizient reagieren zu lassen – eine Herausforderung, die bisher schwer zu bewältigen war. Der Umwandlungsprozess von CO2 zu CH4 erfolgt in mehreren kontrollierten Schritten, was zu der hohen Effizienz von über 80 % beiträgt. Ein weiterer innovativer Aspekt ist die Flexibilität des Konzepts: Obwohl der spezifische Katalysator nicht für die Großproduktion geeignet ist, lassen sich die grundlegenden Prinzipien auf andere Materialien und Reaktionen übertragen. Dies eröffnet Möglichkeiten für die Herstellung verschiedener chemischer Verbindungen, nicht nur Methan. Schließlich ist der Prozess darauf ausgelegt, mit elektrischem Strom zu arbeiten, was die Nutzung erneuerbarer Energiequellen ermöglicht und so zur Nachhaltigkeit beiträgt. Diese Innovationen zusammen bilden einen vielversprechenden Ansatz für die effiziente Umwandlung von CO2 in nützliche Produkte, was sowohl für die Kreislaufwirtschaft als auch für Klimaschutzbemühungen von Bedeutung sein könnte. Es bleibt abzuwarten, ob sich diese Technologie in der Praxis bewährt und welchen konkreten Beitrag sie zur Kreislaufwirtschaft leisten kann. Weitere Forschung und Entwicklung werden notwendig sein, um das volle Potenzial dieser Methode zu erschließen. Studie und Zusammenarbeit An der Studie waren Universitäten aus Deutschland, Kanada, Wales, Finnland und Frankreich beteiligt. Die Forschung wurde durch verschiedene internationale Programme gefördert, darunter das Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada und das Erasmus+-Programm der EU. Quelle: nature.com/articles/s41557-024-01650-6
Umweltbundesamt kündigt „Re-source 2025“ an

Internationale Fachtagung zu Kreislaufwirtschaft in Frankfurt am Main für 2025 angekündigt Die Umweltministerien und Umweltbundesämter Österreichs, der Schweiz und Deutschlands laden zur Fachtagung „Re-source 2025“ ein. Die Veranstaltung soll am 15. und 16. Mai 2025 in Frankfurt am Main stattfinden. Ziel ist ein länderübergreifender Erfahrungsaustausch zu Ressourcenschonung und Kreislaufwirtschaft. Die Re-source wird gemeinsam von den Umweltministerien und -bundesämtern der drei Länder veranstaltet und folgt einem Rotationsprinzip. Für das Jahr 2025 übernimmt Deutschland die Ausrichtung der Veranstaltung. Die Anmeldung ist ab sofort möglich. Themenschwerpunkte und Zielgruppe Die Tagung soll sich 2025 auf verschiedene Aspekte der Ressourcenschonung und Kreislaufwirtschaft konzentrieren. Im Fokus steht die Weiterentwicklung der Abfallwirtschaft zu einer ressourcenschonenden Stoffstromwirtschaft. Geplant sind Diskussionen über ressourcenschonende Fahrzeuge und Batterierecycling, angesichts der wachsenden Bedeutung der Elektromobilität. Auch die Förderung des Kunststoffrecyclings steht auf der Agenda. Zirkuläre Ansätze im Bausektor und bei der Holznutzung sollen ebenso behandelt werden wie nachhaltige Praktiken in der Textilindustrie. Zudem sind Präsentationen zu Konzepten für nachhaltige Lebens- und Konsummuster geplant. Die Veranstaltung richtet sich an Fachleute und Interessierte aus Wissenschaft, Politik, Verwaltung, Planung, Industrie und Gewerbe sowie Vertreter:innen von nationalen und internationalen Fachgruppen und NGOs der Bereiche Abfallbewirtschaftung, Ressourcenschonung, nachhaltige Produktion und nachhaltiger Konsum. Programm Dr. Christiane Rohleder, Staatssekretärin im Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV), wird die Tagung eröffnen. Als Keynote-Speaker ist Dr. Philipp Blom vorgesehen. Namhafte Referenten sollen Einblicke in aktuelle Forschungen und Praxisbeispiele geben. So ist ein Vortrag von Dr. Edda Winter vom Öko-Institut zu „Kriterien für ein ressourcenschonendes Fahrzeug“ geplant. Weitere Experten wie Bertrand Schutz von der Libattion AG sollen über „Second Use von Traktionsbatterien“ referieren, während Dr. Thomas Nigel von der Montanuni Leoben das Thema „Batterierecycling und Batteriebrände – Ursachen und Beherrschung“ behandeln wird. Das vorläufige Programm (Stand: Oktober 2024) sieht folgende Schwerpunkte vor: Ressourcenschonende Mobilität und Batterierecycling Kunststoffe im Kreislauf Zukunftsfähiges Bauen: Kreislaufwirtschaft und Holznutzung Zirkuläre Textilwirtschaft Nachhaltiger Konsum Der erste Tag (15. Mai) beginnt mit der Begrüßung durch Vertreter der beteiligten Länder, gefolgt von der Keynote. Anschließend werden in drei Blöcken die Themen Mobilität und Batterierecycling, Kunststoffe im Kreislauf sowie zukunftsfähiges Bauen behandelt. Am zweiten Tag (16. Mai) stehen die zirkuläre Textilwirtschaft und nachhaltiger Konsum im Mittelpunkt. Vorträge zu Kulturwandel im Kaufverhalten, Ökodesign-Anforderungen für Textilien und chemischem Recycling von Textilien sind geplant. Abgerundet wird die Tagung mit Präsentationen zu nachhaltigem Konsum, darunter Beiträge zu Fehlinformationen im Kontext nachhaltiger Lebensstile und zur Stärkung des nachhaltigen Konsums in Stadtzentren. Organisatorisches Die Veranstaltung soll in der Deutschen Nationalbibliothek in Frankfurt am Main stattfinden. Für Übernachtungen ist ein Abrufkontingent im Leonardo Hotel Frankfurt City Center vereinbart. Details dazu auf der Seite des Umweltbundesamts. Mit dieser Fachtagung sollen Experten und Interessierte die Möglichkeit erhalten, sich über die neuesten Entwicklungen und Strategien im Bereich Ressourcenschonung und Kreislaufwirtschaft zu informieren und auszutauschen. Die Veranstaltung verspricht, wichtige Impulse für die Weiterentwicklung nachhaltiger Praktiken in verschiedenen Wirtschaftssektoren zu geben und den internationalen Dialog in diesem wichtigen Bereich zu fördern. Quelle: umweltbundesamt.de/service/termine/re-source-fachtagung-zur-ressourcenschonung umweltbundesamt.de/re-source-2025
NRW und EU fördern innovative Kreislaufwirtschaft

NRW und EU fördern sieben Projekte in Nordrhein-Westfalen Das Umweltministerium von Nordrhein-Westfalen hat sieben Projekte zur Förderung der Kreislaufwirtschaft ausgewählt. Unterstützt werden Projekte, die helfen sollen, Produkte und Materialien länger zu nutzen und weniger Abfall zu produzieren. Das Land und die EU geben dafür insgesamt rund 16 Millionen Euro. Umweltminister Oliver Krischer erklärt die Bedeutung dieser Förderung: „Wenn Produkte und Materialien in immer neuen Zyklen weitergenutzt werden, erhöht das die lokale Wertschöpfung, schont unsere natürlichen Lebensgrundlagen und schafft zukunftsfähige Arbeitsplätze.“ Die ausgewählten Projekte DU.zirkulär in Duisburg: Dieses Projekt will im Stadtteil Ruhrort zeigen, wie eine kreislauforientierte Stadt aussehen kann. Bürger können lernen, wie man nachhaltiger lebt. Unternehmen bekommen Hilfe, um umweltfreundlicher zu arbeiten. BoGeZi in Bottrop: Hier sollen die Einwohner lernen, wie man nachhaltiger einkauft und Gebäude umweltfreundlich renoviert. Ein neuer Ort namens „Bottrop CEntral“ wird dafür in der Innenstadt eingerichtet. KomZi: Dieses Projekt entwickelt Wege, um Baumaterialien bei Abriss und Sanierung wiederzuverwenden. Ein digitales Tool soll dabei helfen, die Materialien zu erfassen und für neue Bauprojekte zu nutzen. Kreislauf-WIRK-Statt in Aachen: Hier entsteht ein Zentrum, wo Menschen in Workshops und Ausstellungen über Kreislaufwirtschaft lernen können. Ein Teil des Projekts kümmert sich besonders um die Wiederverwendung von Sperrmüll und Bauteilen. Smart Circular Wuppertal: Eine digitale Plattform soll zeigen, wie gut die Stadt ihre Ressourcen nutzt. Zwei Pilotprojekte konzentrieren sich auf Reparaturen und verpackungsfreies Einkaufen. Zentren des Teilens: In Essen werden Orte geschaffen, an denen Menschen Dinge gemeinsam nutzen, reparieren und verleihen können. Die Bürger können dort auch lernen, wie man Gegenstände repariert. Circular City Contest NRW: Ein digitales Spiel soll entwickelt werden, um verschiedenen Gruppen die Kreislaufwirtschaft näherzubringen. Dazu gehören Mitarbeiter von Unternehmen und Behörden sowie private Haushalte. Hintergrund und Ziele Nordrhein-Westfalen strebt laut Ministerium an, in Europa eine führende Rolle in der Kreislaufwirtschaft einzunehmen. Der Förderwettbewerb „Circular Economy – CircularCities.NRW“ soll dazu beitragen. Insgesamt sollen das Land und die EU für diesen Wettbewerb rund 34 Millionen Euro zur Verfügung stellen. Diese Förderung ist Teil eines größeren Programms: Für nachhaltige und innovative Projekte in Nordrhein-Westfalen sollen insgesamt etwa 1,9 Milliarden Euro aus EU-Fonds bereitgestellt werden. Mit diesen Mitteln soll die Wirtschaft umweltfreundlicher gestaltet und neue Arbeitsplätze geschaffen werden. Umweltminister Krischer betont die Bedeutung einer breiten gesellschaftlichen Umsetzung: „Entscheidend ist, ressourcenschonenden Konsum und nachhaltige Produktion in die Breite der Gesellschaft zu tragen. Die eingereichten Projekte zeigen, wie dies im Zusammenspiel von Kommunen, Unternehmen und Zivilgesellschaft in innovativer Weise gelingen kann.“ Die geplanten Projekte in Nordrhein-Westfalen sollen verschiedene Aspekte der Kreislaufwirtschaft abdecken. Die Ideen reichen von der Wiederverwertung von Baumaterialien bis hin zu digitalen Spielen, die das Bewusstsein für Kreislaufwirtschaft stärken sollen. Ziel ist es, Bürger, Unternehmen und Städte für einen schonenderen Umgang mit Ressourcen und eine Reduzierung von Abfall zu sensibilisieren. Quellen: land.nrw/pressemitteilung/16-millionen-euro-fuer-nachhaltige-kreislaufwirtschaft-land-und-eu-foerdern-sieben efre.nrw.de/wege-zur-foerderung/foerderungen-in-2021-2027/circular-economy-circularcitiesnrw duisburg-business.de/fileadmin/duisburg-business/Downloads/Pressemitteilungen/2024/20241007_PM_DU-zirkulaer.pdf
Künftig Pflicht: Schnellladepunkte an Tankstellen

Neue Pflicht für Schnellladepunkte an Tankstellen ab 2028 Ab Januar 2028 sollen Tankstellenunternehmen mit mehr als 200 öffentlichen Tankstellen dazu verpflichtet werden, Schnellladepunkte für Elektrofahrzeuge anzubieten. Pro Tankstelle soll mindestens ein Schnellladepunkt installiert werden. Dies geht aus einem Gesetzentwurf der Bundesregierung zur Änderung des Gebäude-Elektromobilitätsinfrastruktur-Gesetzes hervor. Ausnahmeregelung für flexible Standortwahl Der Gesetzentwurf enthält Ausnahmeregelungen: Für bis zu 50 Prozent der betroffenen Tankstellen können die Unternehmen den Ladepunkt entweder an einem anderen eigenen Standort oder in einem Umkreis von 1.000 Metern bereitstellen. Diese Option soll es ermöglichen, bei der Standortwahl wirtschaftliche Erwägungen oder örtliche Gegebenheiten zu berücksichtigen. Angesichts des Ziels, bis 2030 rund 15 Millionen Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen zu haben, erwartet die Bundesregierung einen steigenden Bedarf an Lademöglichkeiten. Das Gesetz zielt darauf ab, ab bis 2028 einen wesentlichen Teil der öffentlichen Tankstellen mit Schnellladeinfrastruktur auszustatten. Reaktion auf mangelnde freiwillige Initiativen Laut der Meldung des Deutschen Bundestages sei diese Maßnahme nun notwendig, weil die Mineralölwirtschaft früheren Aufforderungen zum freiwilligen Ausbau der Ladeinfrastruktur nicht nachgekommen sei. Trotz geeigneter Förderprogramme verfügen Stand März 2024 erst rund sieben Prozent der Tankstellen in Deutschland über Schnellladepunkte mit einer Ladeleistung von mindestens 150 Kilowatt. Quelle: bundestag.de/presse/hib/kurzmeldungen-1021856 Ladesäulenkarte, Zahlen und Daten der Bundesnetzagentur: bundesnetzagentur.de/DE/Fachthemen/ElektrizitaetundGas/E-Mobilitaet