Batterien müssen kreislauffähig werden

In jüngster Zeit hat die Batterietechnologie vermehrt Aufmerksamkeit erregt, nicht nur aufgrund ihrer entscheidenden Rolle bei der E-Mobilität, sondern auch im Zusammenhang mit dem sogenannten "CO₂-Rucksack". Kritisch diskutiert werden Batterien in diesem Kontext vor allem deshalb, weil sie mit Seltenen Erden und oftmals unter schlechten Arbeitsbedingungen abgebaut werden.

Ein zentraler Aspekt der Nachhaltigkeit und ein immenses Potenzial der Batterietechnologie liegt in ihrem Verbleib nach dem ersten Anwendungsbereich, dem sogenannten "First Life". Eine sinnvolle Weiterverwendung kann die Nachhaltigkeit von Batterien erheblich steigern. So könnten gealterte Fahrzeugbatterien beispielsweise als Energiespeicher im Haushalt eingesetzt werden. Über eine Photovoltaikanlage auf dem Dach würde die Batterie in diesem Fall tagsüber mit überschüssiger Energie geladen werden oder im Energienetz als Zwischenspeicher dienen, um Spitzen in der Über- oder Unterversorgung auszugleichen.

Idealerweise sollten Batterien und ihre Komponenten in eine sinnvolle und nachhaltige Kreislaufwirtschaft überführt werden, um ihre Lebensdauer zu maximieren und Abfälle, auch in Form schwer abbaubarer und giftiger Substanzen, zu minimieren.

Allerdings sind die Herausforderungen für das sogenannte "Second Life" von Batterien und ihren Komponenten vielfältig. Die Alterungsaspekte der einzelnen Module und Zellen müssen für künftige Einsätze bekannt sein und ausgeglichen werden, da Ungleichgewichte und unterschiedlich geladene Batteriezellen zu beschleunigter Alterung und Sicherheitsrisiken führen können.

Darüber hinaus erweist es sich in der Praxis derzeit noch als äußerst komplex, den genauen Zustand bereits genutzter Batterien zu ermitteln, wodurch eine sichere Wiederverwendung erschwert wird. Bisher existieren keine allgemein anerkannten Standards für den sicheren Einsatz von wiederverwendeten Batterien.

Circular Economy – Normung als Rückgrat einer nachhaltigen gesamtwirtschaftlichen Produktion

Die Circular Economy (Kreislaufwirtschaft) ist das Gegenmodell zur Linearwirtschaft, die seit Beginn der Industrialisierung die weltweiten Wirtschaftsmodelle dominiert hat. Ziel dieser Circular Economy ist eine Erhöhung der Ressourceneffizienz entlang der gesamten Wertschöpfungskette, insbesondere mit Blick auf die endlichen Ressourcen des Planeten.

Normen und Standards helfen dabei, dieses Ziel schon bei der Produktion zu berücksichtigen.

Um den ersten Schritt in Richtung einer nachhaltigen Zukunft und zur Umnutzung von Batterien zu ermöglichen, wurde im April 2023 die VDE Vornorm 0510-100 (VDE V 0510-100) „Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien aus dem Fahrzeugbereich für den Einsatz in ortsfesten Anwendungen“ veröffentlicht. Zuständig für die inhaltliche Erarbeitung war das Gremium DKE/AK 371.1.14 als Arbeitskreis des übergeordneten Gremiums DKE/UK 371.1 „Akkumulatoren (Lithium)“.

Die VDE Vornorm beschreibt die Umnutzung bzw. Umwidmung (Second Use / Repurposing) von Fahrzeugbatterien für den stationären Einsatz. Sie enthält grundlegende Sicherheitsanforderungen für stationäre Lithium-Ionen-Batterien, die zuvor als Traktionsbatterien für Straßenfahrzeuge entwickelt und unter der Fahrzeug-Zulassungsverordnung (FZV) zugelassen waren.

Die größte Herausforderung aus Sicht der Normung besteht vor allem darin, die bestehenden Sicherheitsanforderungen aus der Fahrzeughomologation [Anm. der Redaktion: „Erteilung einer Genehmigung durch eine offizielle Behörde“] mit den spezifischen Anforderungen für stationäre Batterien zu vereinen.

Eine der Hauptaufgaben der VDE Vornorm ist es deshalb, die Homologationsanforderungen für Traktionsbatterien zu überprüfen und sicherzustellen, dass sie den Anforderungen für den stationären Gebrauch entsprechen. Gleichzeitig werden noch zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen identifiziert, die im Rahmen der Konformitätsbewertung für stationäre Anwendungen erforderlich sind.

Hierfür gibt VDE V 0500-100 beispielsweise Hinweise auf gesetzliche Regelungen, da die Bereitstellung einer Traktionsbatterie zur stationären Nutzung eine Umwidmung oder Umnutzung darstellt – und damit auch eine wesentliche Veränderung ihrer ursprünglichen Verwendung. Innerhalb der Europäischen Union kommt dieses Vorgehen dem erstmaligen Inverkehrbringen gleich. Entsprechend sind die einschlägigen EU-Richtlinien, EU-Verordnungen und anwendbaren Rechtsvorschriften zu beachten.

VDE V 0510-100 thematisiert außerdem folgende Aspekte: 

• Gefährdungs- und Risikoanalyse
• Elektrische Sicherheit
• Elektromagnetische Verträglichkeit
• Funktionale Sicherheit
• Brandschutz
• Transport
• Entsorgung
• Kennzeichnung

Geltungs- und Anwendungsbereiche der VDE Vornorm

VDE V 0510-100 gilt für Traktionsbatterien, die mindestens aus mehreren Batteriezellen, Sicherheitseinrichtungen, einem Batteriemanagementsystem (BMS), einem Gehäuse und externen Schnittstellen bestehen. Dies schließt auch Traktionsbatterien ein, an denen Modifikationen vorgenommen wurden, um sie für den stationären Einsatz anzupassen, auch wenn diese Modifikationen von den Standards der ursprünglichen Fahrzeughomologation abweichen. Die Anforderungen gelten für den gesamten Lebenszyklus der Batterien, einschließlich Lagerung, Transport, Installation, Betrieb, Instandhaltung, Demontage und Recycling.

Wichtig ist jedoch zu erwähnen, dass die Anforderungen der VDE Vornorm nicht auf übergeordnete Batterie-Energiespeichersysteme (Battery Energy Storage Systems; BESS) übertragbar sind. Die Anforderungen beziehen sich ausschließlich auf Traktionsbatterien und deren Integration als Bestandteil bestehender BESS. Die Anforderungen an die Sicherheit von BESS werden in anderen Regelwerken beschrieben.

Die Verwendung von Fahrzeugbatterien als stationäre Energiespeicher im Second Life setzt Fachwissen und Expertise voraus, um die Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Entsprechend zielen die Anforderungen der VDE Vornorm ausschließlich auf industrielle Anwendungsmöglichkeiten ab, nicht auf den Einsatz als Heimspeicher in Privathaushalten.

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Die Veröffentlichung der VDE Vornorm 0510-100 im April 2023 zeigt die wachsende Bedeutung hinsichtlich einer nachhaltigen Produktion und Nutzung der Batterietechnologie in der Elektromobilität. Ein zentraler Aspekt ist die weitere Verwendung von Batterien nach ihrem Ersteinsatz. Die VDE Vornorm adressiert hierbei eine der größten Herausforderungen – die bestehenden Sicherheitsanforderungen an Fahrzeugbatterien mit den spezifischen Anforderungen für den stationären Einsatz zu vereinen.

Insgesamt stellt die VDE Vornorm einen wichtigen Schritt zur Verbesserung der Sicherheit und Effizienz von stationären Lithium-Ionen-Traktionsbatterien im industriellen Umfeld dar. Sie trägt mit ihren Anforderungen so dazu bei, die Integration erneuerbarer Energien und die Elektrifizierung des Verkehrssektors für eine nachhaltige Zukunft voranzutreiben.

Damit ist der erste Schritt getan. Darauf aufbauend wird es in Zukunft aber auch wichtig sein, weitere Normen und Standards zu erarbeiten, die weitere Anforderungen an die Umnutzung und das Recycling von Batterien beschreiben. Es bedarf darüber hinaus methodischen Vorgehensweisen, um den Zustand genutzter Batterien zu identifizieren und zu analysieren. Dies umfasst unter anderem die Altersbestimmung sowie die Überprüfung von Leistungsfähigkeit und Sicherheit. Derzeit bietet der Markt hierfür noch keine Möglichkeiten.

Redaktioneller Hinweis:

Die im Text aufgeführten Normen und Standards können Sie beim VDE VERLAG erwerben.

Components & Technologies konzentriert sich auf Bauteile, Komponenten und Materialien, die in unterschiedlichsten Endprodukten verbaut werden und dort zur Anwendung kommen. Qualität und Eigenschaften der fertigen Produkte werden durch die eingesetzten Komponenten und Materialien entscheidend beeinflusst. Weitere Inhalte zu diesem Fachgebiet finden Sie im