Der diesjährige Nobelpreis für Chemie geht an John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham und Akira Yoshino für ihre Beiträge zur Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterie. Das Nobelkomitee schreibt in seiner Würdigung, dass die Arbeiten von Goodenough, Whittingham und Yoshina die Welt außerordentlich beeinflusst und den Grundstein für eine drahtlose, und von fossilen Brennstoffen freien Gesellschaft gelegt hätten. Ursprünglich als Alternative zu fossilen Energieträgern während der Ölkrise in den 1970er Jahren entwickelt, wird die Batterie auch in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Speicherung von erneuerbaren Energien sowie bei der Ausweitung der Elektromobilität einnehmen.
Der Nobelpreis - die renommierteste Auszeichnung der Chemie
Der Nobelpreis ist die renommierteste Auszeichnung für Chemiker und mit circa 830.000 Euro dotiert. Der Preis, den der schwedische Erfinder des Dynamits Alfred Nobel (1833-1896) stiftete, wird seit 1901 jährlich auf den Gebieten der Chemie, Physik, Medizin, Literatur sowie für Friedensbemühungen vergeben. Die Übergabe des Preises findet traditionell am 10. Dezember in Stockholm statt, dem Todestag von Alfred Nobel. Mit 97 Jahren ist der in Jena geborene und an der Universität Texas noch aktive Forscher John B. Goodenough der bisher älteste Rezipient des begehrten Preises.
Vielseitige Einsatzmöglichkeiten
Mobiltelefone, Laptops, Taschenlampen: Lithium-Ionen Batterien oder auch Lithium-Ionen Akkumulatoren (Akkus) sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Die leichten, wiederaufladbaren Batterien sind vielseitig einsetzbar und sind heutzutage in fast allen tragbaren Elektrogeräten zu finden. Des Weiteren sind Lithium-Ionen Batterien nicht nur für die Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen wichtig, sondern auch für den Einsatz im wachsendem Markt der elektrischen Automobilität. Die Batterie wird ständig weiterentwickelt, nicht zuletzt, um ihre Umweltverträglichkeit zu verbessern.
Die Lithium-Ionen-Batterie Funktionsweise
Hauptbestandteil der Batterie ist, wie der Name bereits verrät, das Metall Lithium. Lithium ist das leichteste unter den festen Elementen im Periodensystem - eine Eigenschaft, die es für die Verwendung in Mobiltelefonen prädestiniert. Um die Funktionsweise einer Lithium-Ionen Batterie zu verstehen, ist ein Abstecher in die Welt der Physik notwendig: Ein Lithium-Ionen Akku besteht aus zwei Elektroden, der Kathode und der Anode, welche durch einen Elektrolyt getrennt sind. Der Lithium-Ionen Akku erzeugt Energie durch die Verschiebung von Lithium-Ionen. Beim Ladevorgang wird dem Akku von außen elektrischer Strom zugeführt und positiv geladene Lithium-Ionen wandern von der positiven Elektrode, der Kathode, zur negativen Elektrode, der Anode. Beim Entladen kehrt sich der Prozess um: Die Anode gibt Elektronen ab, die durch den äußeren Stromkreis, das heißt dem zu betreibenden elektronischen Gerät, zur Kathode wandern - es fließt Strom. Hierbei handelt es sich um eine zugegeben sehr vereinfachte Beschreibung des Prinzips einer Lithium-Ionen Batterie. Die Nutzdauer der Akkus beträgt mehrere Jahre, allerdings nimmt die Kapazität mit der Zeit ab. So verringert sich die Betriebslaufzeit eines durchschnittlichen Smartphones je nach Nutzung nach circa drei Jahren um bis zu 50 %. Wie sich ein suboptimales Ladeverhalten auf die Betriebslaufzeit Ihres Akkus auswirkt und was Sie dagegen tun können, können Sie hier nachlesen.
Abbau von Lithium problematisch
Nach aktuellen Prognosen der Risikoanalyse-Firma Global Data soll sich die Lithium-Produktion bis 2022 verdreifachen. Mit der weltweit steigenden Nachfrage und Produktion von Akkumulatoren für Elektroautos, nimmt auch der Bedarf an dem Leichtmetall zu. Der Abbau des Elements ist jedoch aufgrund der negativen Umweltauswirkungen problematisch. Lithium wird aus Sole oder Hartgestein gewonnen. Für ein Kilo Lithium muss etwa eine Tonne Granit zerkleinert und ausgewaschen werden. Häufig werden für dessen Gewinnung große Waldflächen gerodet. Die Lithiumabbau hat zudem erhebliche Auswirkungen auf indigene Völker in Lateinamerika, die aufgrund der Ausweitung der Abbauflächen aus ihren angestammten Lebensräumen vertrieben werden.
Eines der größten Vorkommen von Lithium liegt in der Salar de Uyuni in Bolivien. Hier wird Lithium aus Sole gewonnen. Der Prozess beginnt mit Bohrungen, um an die lithiumreiche Sole zu gelangen. Das Lithium wird unter Einsatz einer Vielzahl von, zum Teil, umweltschädlicher Chemikalien, aus der Sole gelöst. Bei diesem Prozess entstehen Nebenprodukte wie Magnesium und Restkalk, welche ebenfalls in der Sole gelöst sind. Bisher bleibt jedoch unklar, was mit den Abfallprodukten geschieht und welche Auswirkungen die Lithiumgewinnung auf das Ökosystem der Salar de Uyuni hat.
Fazit
Die Entwicklung der Lithium-Ionen Batterie revolutionierte die Nutzung von Elektrogeräten und sorgte für Mobilität. Auch in Zukunft wird der Akku eine wichtige Rolle in der Speicherung von erneuerbaren Energien und im Ausbau der Elektromobilität einnehmen. Doch die mit dem Abbau von Lithium einhergehenden negativen Umweltauswirkungen werfen einen Schatten auf die Technologie.
Julia Meyer
