Second-Life für Postroller-Batterien

Seit über zehn Jahren sind die Schweizer «Pöstler» mit Elektrorollern unterwegs. Allmählich haben die ersten Fahrzeuge das Ende ihrer Lebensdauer erreicht. Die Frage stellt sich, was nun insbesondere mit den verbrauchten Akkus geschieht. Die Verantwortlichen der Post nutzen die Batterien im Rahmen eines Pilotversuchs in der Umwelt Arena Schweiz in Spreitenbach (AG) und in einem Postgebäude in Neuenburg als stationäre Speicher für Solarstrom. Dieser Test soll Erkenntnisse darüber bringen, ob sich der ökologisch zweckmässige Ansatz auch ökonomisch Sinn macht.

Wir haben uns an die leisen Roller gewöhnt. Seit 2006 ist das Zustellpersonal der Post erst auf zwei- und dann auf dreirädrigen Elektrorollern unterwegs. Rund 6000 elektrische «Postroller» von Oxygen und Kyburz findet man heute auf Schweizer Strassen. Die Akkus der ersten Generation sind mittlerweile in die Jahre gekommen. Durch die täglichen Lade-Entlade-Zyklen haben sie einen Teil ihrer Speicherkapazität eingebüsst und müssen ersetzt werden. In den nächsten Jahren wird die Post deshalb jährlich Lithium-Akkus von ca. 1000 Elektrorollern ausmustern.

Ökologisch sinnvoll

Die Verantwortlichen Der Post möchten die Akkus nun nachhaltig weiterverwenden. Deshalb testen sie mit weiteren Partnern, ob sich Gebraucht-Akkus sinnvoll als stationäre Stromspeicher wiederverwenden lassen. Diese Akkus sind für den zuverlässigen Einsatz auf den Zustelltouren nicht mehr leistungsfähig genug. Allerdings verfügen sie noch immer rund 80 % ihrer Speicherkapazität. Zu grösseren Speichereinheiten verbunden, können sie als Zwischenspeicher für Solarstrom dienen. Drei solcher «Second-Life-Akkus» hat die Post im Mai 2017 in einem ihrer Gebäude in Neuenburg in Betrieb genommen. Der Stromspeicher nimmt tagsüber den Strom aus der Photovoltaikanlage auf und gibt diesen nachts unter anderem für das Laden von Elektrorollern wieder ab. Ähnlich funktioniert ein baugleicher Speicher, der bereits seit Januar 2017 in der Umwelt Arena Schweiz in Spreitenbach in Betrieb ist. Dort kann man den Speicher im Rahmen einer Führung ‹Blick hinter die Kulissen› besichtigen.

Eine Zweitnutzung von Akkus aus einer mobilen Anwendung für einen stationären Speicher drängt sich geradezu auf. Mit den ausgemusterten Akkus der Postroller könnten so beispielsweise jedes Jahr rund 200 stationäre Speicher mit einer Kapazität von je 10 kWh mit einer zu erwarteten Lebensdauer von ca. 15 Jahren gebaut werden. Der Bedarf scheint grundsätzlich vorhanden, denn es macht Sinn, dass Betreiber von Photovoltaikanlagen den selbst produzierten Strom auch selber nutzen. Sie können so den Eigenverbrauch maximieren. Mit der Grösse von 10 kWh passt ein solcher Speicher ideal zu der typischen Grösse von Photovoltaik-Anlagen von Einfamilienhäusern. Hauseigentümer könnten mit diesem Speicher rund 70 % ihres Strombedarfs mit selbst produziertem Solarstrom decken (gegenüber 20 bis 30 % ohne Speicher).

second-life-fur-post-rollerbatterien

Konkurrenz durch Neu-Akkus

Die «graue» Energie, die für die Batterieherstellung aufgewendet wurde, kann mit einem «Second-Live-Einsatz» über eine längere Lebensdauer verteilt und die Ökobilanz der Batteriezellen verbessert werden. Die Frage stellt sich, ob dies auch wirtschaftlich sinnvoll ist. Denn auch wenn die Speicher quasi aus einem Abfallprodukt gefertigt werden, sind sie keineswegs gratis. Ein ausgeklügeltes Batteriemanagement-System (BMS) ist nötig, um den Second-Life-Speicher langfristig zuverlässig zu betreiben. So wird jede der 25 bis 30 Batteriezellen während des Lade- und Entladevorgangs individuell Lange gesteuert. Ist eine Zelle defekt, wird sie vom BMS automatisch überbrückt. Bis zu 30 % der Gebrauchtzellen können ausfallen, ohne dass der Betrieb gefährdet ist.

Dieser Second-Life-Stromspeicher dürfte nach den Berechnungen und Prognosen von Michael Sattler, Ökzentrum in Langenbruck, nicht günstiger, sondern bestenfalls gleich teuer ausfallen wie der günstigste Neu-Akku mit gleicher Leistung. Sattler hat mit einem Forscherteam das Batteriemanagement-System entwickelt. Er leitet auch das ganze Projekt, das vom Bundesamt für Energie im Rahmen eines Pilot- und Demonstrationsprogramms mitfinanziert wird. Nach einer noch provisorischen Schätzung entfallen 30 % der Herstellungskosten von voraussichtlich CHF 5000 auf das BMS und 30 % auf den Wechselrichter, der die gespeicherte Energie in Wechselstrom für die Anwendung umwandelt. Je 20 % der Kosten werden für Anschaffung der Gebraucht-Akkus und eine sichere Paketierung (inkl. Brandschutz) veranschlagt.

Härtetest an der Empa

Ob der Second-Life-Akku bezüglich Kosten auch in Zukunft mit Neuspeichern mithalten kann, ist offen. Da etliche Grossfirmen ins Speichergeschäft eingestiegen sind, sind auch die Preise für Batteriespeicher stark unter Druck geraten. So besteht die Gefahr, dass der Second-Life-Speicher trotz seiner ökologischen Vorzüge ins Hintertreffen gerät. Dann könnte es attraktiver sein, die Elektroroller ausserhalb der Post für weitere Zwecke zu nutzen, für die eine verminderte Akkukapazität ausreicht. Eine weitere Variante wäre, die Gebraucht-Akkus zu recyclen und damit die verbauten Rohstoffe wieder zu verwenden.

Die Empa prüft die Monitoringdaten der vier Test-Stromspeicher. Es gilt, die Fragen zu klären, ob der klug gesteuerte Verbund von Gebraucht-Akkus funktioniert, wie hoch die Ausfallrate der Akkuzellen ist, bzw. wie stark deren Speicherkapazität schwindet. Um die Alterung (Degradation) der Zellen zu beurteilen, sind 12 Monate eigentlich zu kurz, denn ihr ‹zweites Leben› soll ja nicht nur ein, sondern idealerweise 15 und mehr Jahre dauern. Um das Verhalten für längere Zeiträume zumindest abschätzen zu können, wird eine Anzahl Gebraucht-Akkus bei der Empa in Dübendorf einem Härtetest mit der dreifachen Zahl von Lade-Entlade-Zyklen unterzogen.

Zügiger Markteintritt denkbar

Auf der Grundlage der gewonnenen Daten wollen die Projektpartner entscheiden, ob der Second-Life-Batteriespeicher in Serie produziert werden kann. Ein Entscheidungskriterium wird sein, ob die Second-Life-Speicher in Bezug auf Funktion, Lebensdauer und Preis mit neuen Speichern mithalten können. Dabei wird eine garantierte Laufzeit von mindestens zehn Jahren vorausgesetzt. Das Projektteam ist überzeugt, dass die «grüne Innovation des Gelben Riesen» bei positiver Beurteilung bereits den nächsten Jahren am Markt sein könnte.
 

Vorkehren, damit es nicht brenzlig wird
Lithium-Akkus können sich überhitzen. Grund dafür kann ein Fehler im elektrischen System sein oder – seltener – ein interner Kurzschluss. Die Überhitzungsgefahr besteht bei Neu- und Gebraucht-Akkus, ist bei letzteren aber vermutlich noch etwas höher. Bei einer Überhitzung gast die Zelle in der Regel aus. Das heisst, dass über das Ventil giftiger Rauch austritt. Wenn sich dieser entzündet, kommt es zu einem Brand. Der vom Ökozentrum in Langenbruck mit Partnern entwickelte Second-Life-Akku sieht verschiedene Massnahmen zum Brandschutz vor: Geht eine Zelle ‹thermisch durch›, wird sie durch redundant ausgeführte Sicherheitsschaltkreise sofort abgeschaltet. Zementfaserplatten verhindern, dass eine allfällige Ausgasung auf die Nachbarzelle übergreifen kann. Um die Brandschutzmassnahmen auf ihre Tauglichkeit zu testen, werden an der Empa in Dübendorf Brandversuche durchgeführt. BV

 

Pilot-, Demonstrations- und
Leuchtturmprojekte des BFE


Die Entwicklung von Second-Life-Akkus mit dem zugehörigen Testprogramm gehört zu den Pilot- und Demonstrationsprojekten, mit denen das Bundesamt für Energie (BFE) die Entwicklung von sparsamen und rationellen Energietechnologien fördert und die Nutzung erneuerbarer Energien vorantreibt. Das BFE fördert Pilot-, Demonstrations- und Leuchtturmprojekte mit 40 % der anrechenbaren Kosten. Gesuche können jederzeit eingereicht werden.

www.bfe.admin.ch/pilotdemonstration

 

«Anschluss finden» – Elektromobilität und Infrastruktur (InfobBroschüre, Web)

e'mobile, Fachgesellschaft für energieeffiziente Mobilität (Electrosuisse, Web)

«Energie – sonnenklar» - Photovoltaik: Technik und Infrastruktur (Infobroschüre, Web)

 

 

Quelle: BFE Publikation
Foto: Post

 

Kommentare zum Beitrag

Noch keine Kommentare zu diesem Beitrag vorhanden.

Einen Kommentar schreiben


Weitere Beiträge