Wie „grün“ ist die Herstellung neuer Materialien?
Neue Materialien sollen Batterien leistungsfähiger und nachhaltiger machen. Doch auch ihre Herstellung kann die Umwelt erheblich belasten. Ein Team der Universitäten Köln und Münster hat deshalb eine Methode entwickelt, mit der sich solche Belastungen bereits in der frühen Forschung systematisch bewerten lassen. Beteiligt war das Institut für Wirtschaftschemie der Universität Münster. Das „Environmental Synthesis Radar“ (ESR) zeigt, welche Chemikalien und Herstellungsschritte besonders kritisch sind und wo Verbesserungen ansetzen können. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Advanced Materials erschienen.
Der Ansatz beruht auf der Ökobilanzierung. Statt beispielsweise nur den CO₂-Fußabdruck zu betrachten, berücksichtigt ESR 18 Kategorien von Umweltwirkungen, darunter Klimawandel, Ressourcenverbrauch und mögliche Gesundheitsschäden durch Schadstoffe. Dazu erfasst das Team die eingesetzten Stoffe, den Energiebedarf und die entstehenden Abfälle entlang der Herstellungskette einschließlich der Vorprodukte.
Daraus entstehen eine zusammenfassende Kennzahl, ein „Umweltfingerabdruck“ der besonders relevanten Belastungen und eine Übersicht der kritischsten Prozessschritte. Die Methode ist sowohl für Laborverfahren als auch für industrielle Produktionsprozesse ausgelegt.
Erprobt haben die Forschenden den Ansatz an zwei Materialklassen für die positive Elektrode wiederaufladbarer Batterien: organischen, kohlenstoffbasierten Verbindungen und einem etablierten Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid. Bei gleicher hergestellter Masse verursachten die untersuchten organischen Materialien im Labor etwa fünf- bis siebenmal so hohe Umweltbelastungen wie das ebenfalls im Labormaßstab hergestellte anorganische Vergleichsmaterial. Verantwortlich waren insbesondere aufwendige Reaktionsfolgen und umweltbelastende Chemikalien.
Die Analyse zeigte zugleich Verbesserungspotenzial: Bei einer organischen Referenzverbindung sank die berechnete Umweltbelastung durch den Austausch eines palladiumhaltigen gegen einen kupferhaltigen Katalysator um rund 83 Prozent. Diese Optimierung wurde rechnerisch untersucht, nicht experimentell erprobt. Beim anorganischen Material halbierte sich die Belastung beim Übergang zur industriellen Herstellung vor allem durch energieeffizientere Öfen.
Eine abschließende Bewertung ganzer Batterien liefert ESR allerdings nicht: Nutzung, Lebensdauer und Recycling sind nicht Teil der untersuchten Herstellungsbilanz. Die Methode soll vielmehr helfen, umweltverträglichere Herstellungswege frühzeitig zu entwickeln, solange sich Verfahren noch ohne größeren Aufwand anpassen lassen.
Originalpublikation:
Plein, L., Schommer, A., Dietrich, F., Gutsch, M., Klesper, H., Schuller, K., Jahnke, L., Leker, J. & Meerholz, K. (2026). How “green” is your functional material? Assessing environmental impacts of multi‐step synthetic protocols in material sciences at various technology levels. Advanced Materials, e74993. doi: 10.1002/adma.74993.