LFP-Akkus haben viel kleineren CO2-Fußabdruck als NMC-Batterien

Elektroautos sorgen bei der Produktion für viele CO₂-Emissionen, vor allem wegen der energieintensiven Produktion der Batterie. Das dürfte bekannt sein. Doch wie groß der CO₂-Rucksack ist, den Stromer ab der Auslieferung mit sich herumtragen, hängt stark von der Batteriechemie ab. So wird bei Lithiumeisenphosphat-Akkus (LFP) viel weniger CO₂ frei als bei Batterien mit Nicken, Mangan und Cobalt (NMC). Das zeigt nun eine Studie des Consulting-Unternehmens P3.

Nach früheren Analysen erreichen E-Autos mit dem aktuellen Strommix der EU erst nach etwa 80.000 bis 120.000 Kilometern die CO₂-Parität mit Verbrennern, schreibt P3 in seinem jüngsten Whitepaper. Bei Nutzung von Grünstrom verkürze sich die Strecke bis zum Breakeven auf 40.000 bis 70.000 Kilometer.

Ein Großteil der Emissionen entsteht bei der Produktion der Kathodenmaterialien, also meist NMC bzw. LFP. Und hier gibt es große Unterschiede. Aktuell entsteht bei der State-of-the-art-Produktion eines mittelgroßen Elektroautos mit einem NMC811-Akku ein Fußabdruck von rund 55 Kilo CO₂ je Kilowattstunde. Bei der Produktion des Kathodenmaterials alleine entstehen bei NMC811 38 Kilo pro kWh, bei LFP aber nur 15 Kilo pro kWh, der Fußabdruck ist also um etwa 60 Prozent kleiner.

Je nach Datenquelle variieren die absoluten Zahlen, so die Studie. So gibt der Umweltdaten-Anbieter EcoInvent nur 29 kg/kWh bei NMC8111 an und 7,5 kg/kWh bei LFP. Aber auch danach ist LFP wesentlich umweltfreundlicher, der Unterschied liegt hier sogar bei über 70 Prozent.

Der gewaltige Unterschied zwischen den CO₂-Fußabdrücken kommt erstens dadurch zustande, dass bei der bei der Herstellung von Nickel-Mangan-Cobalt-Oxiden mehr Energie verbraucht wird als bei der  LFP-Produktion. Insbesondere reicht bei LFP ein Calcinierungs-Schritt, bei NMC sind zwei nötig, so die Studie. Unter Calcinierung versteht man das Erhitzen eines Rohstoffs auf Temperaturen von 400 bis 1.000 Grad, was natürlich erhebliche Energiemengen erfordert. 

Zweitens wird nach Angaben von P3 für LFP Lithiumcarbonat (Li₂CO₃) statt Lithiumhydroxid (LiOH) verwendet. Li₂CO₃ aber werde mithilfe von Sonnenenergie aus Salzlaken gewonnen, wodurch CO₂ eingespart werde. Laut Wikipedia kann Lithiumcarbonat aus Erzen oder aus Sole hergestellt werden, wobei die Herstellung aus Sole kostengünstiger ist. An südamerikanischen Salzseen werde die Salzlösung einfach durch Verdunsten eingeengt, dabei wird also kein CO₂ frei. LiOH dagegen wird laut Wikipedia in der Regel aus Li₂CO₃ hergestellt, was einen zusätzlichen Produktionsschritt erfordert.

Aber zurück zu der P3-Studie. Von den erwähnten 38 kg CO2-Emissionen pro kWh NMC-Material entfallen danach nicht weniger als 52 Prozent auf die Herstellung von Nickelsulfat und 21 Prozent auf die Produktion von LiOH; Cobalt- und Mangansulfat sowie die Produktion tragen also weniger als 20 Prozent bei. Die 15 Kilo Emissionen bei LFP gehen vor allem auf das Konto der Eisenphosphat-Produktion (59 Prozent) und die Produktion des Kathodenmaterials (33%), während Li₂Co₃ nur 7 Prozent ausmacht. 

Auch wenn NMC811 verwendet wird, lässt sich der CO₂-Fußabdruck deutlich verkleinern, und zwar vor allem durch die Verwendung von erneuerbarer Energie bei der Produktion von Lithium, Nickel  und Cobalt. Das alleine senke den CO₂-Fußabdruck von 57 kg/kWh um 16,5 Kilo. Weitere 6,5 Kilo bringt die Verwendung von grüner Energie bei der Produktion des Kathodenmaterials. Auch die Trockenbeschichtung der Elektroden spart 2,3 Kilo.

Insgesamt können verbesserte Herstellungsmethoden sowie emissionsarme Energiequellen den CO₂-Fußabdruck von Batterien deutlich verkleinern, schreibt P3. Bei einem NMC-Akku lassen sich die Emissionen so um über 60 Prozent senken. So würde der Breakeven gegenüber einem Verbrennerfahrzeug statt nach 95.000 km bereits nach rund 50.000 km erreicht – oder sogar schon bei weniger als 30.000 km, wenn nur Ökostrom verwendet würde. Ab 2028 sind die Zellhersteller gesetzlich verpflichtet, ihre CO₂-Emissionen zu senken. Damit könnte sich die Bilanz von Elektroautos entscheidend verbessern, so die Studie.

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Unter dem Strich

CO₂-Bilanzen sind ein schwieriges Thema. Oft wird erbittert darüber gestritten, ob ein Elektroauto auch dann Emissionen einspart, wenn man die energieintensive Produktion der Batterie und des Fahrstroms einrechnet. Ein Grund für die Debatten sind unterschiedliche Datenquellen.

Für die genauen Zahlen von P3 würden wir deshalb nicht die Hand ins Feuer legen – für solche Berechnungen muss man immer bestimmte Voraussetzungen machen, und die sind letztlich mehr oder weniger willkürlich. Aber ein Weg zu weniger CO₂ in der Akkuproduktion scheint die Umstellung von NMC auf LFP zu sein. Und die ist auf dem Weg, zumindest bei Modellen, bei denen es nicht extrem auf Energiedichte ankommt.

Unser Titelbild zeigt den Salar de Uyuni, einen ausgetrockneten Salzsee in Bolivien, an dem auch Lithium gewonnen wird.