Exzellenzcluster Post Lithium Storage – Forschungsthemenfeld: Nachhaltigkeit

Projektbeschreibung

Schema POLiS
Quelle: Marcel Weil

Im Rahmen des Exzellenzclusters POLiS (Post Lithium Storage - www.postlithiumstorage.org/) forschen Wissenschaftler aus Karlsruhe und Ulm an zukünftigen Batteriesystemen der nächsten und übernächsten Generation, die weniger auf knappen oder kritischen Rohstoffen basieren, sondern vielmehr auf gut verfügbaren und günstigen Metallen. Diese sollen aber auch leistungsfähig, zuverlässig und auch insgesamt nachhaltig sein. Das übergeordnete Ziel des Clusters ist es, ein grundlegendes Verständnis für eine neue Generation von elektrochemischen Energiespeichersystemen aufzubauen und eine Plattform für zukünftige stationäre und mobile Anwendungen zu entwickeln.

POLiS zielt auf neue Batterie-Systeme ab, die z.B. auf Natrium-, Magnesium- oder Aluminiumionen basieren. Solche Systeme werden als „Post-Li“-Batterien bezeichnet und haben das Potenzial, mehr Energie zu speichern, sicherer zu sein und bieten eine kostengünstigere und nachhaltigere Option für Massenanwendungen.

Ein wichtiger Fokus liegt bei POLiS auf dem Themenfeld Nachhaltigkeit, das ökologische. ökonomische aber auch soziale Aspekte berücksichtigt. Innerhalb des Forschungsprojektes unterstützen Systemanalytiker und TA Experten das Cluster von Beginn an bei der Berücksichtigung ökologischer, ökonomischer und sozialer Aspekte. So gilt es beispielsweise, die Recyclingfähigkeit künftiger Materialmischungen, die Bedingungen der Rohstoffgewinnung aber auch die energetischen Aufwendungen der Produktionsprozesse intensiv zu prüfen. Prospektive Ökobilanzen werden für die Analyse und Bewertung neuer Batteriesysteme herangezogen. Die ökonomischen und sozialen Implikationen werden auch Lebenswegbezogen analysiert. Mit Hilfe der „Multikriteriellen Entscheidungsanalyse (MCDA)“ können die vielversprechendsten Materialien oder Zelldesigns identifizieren werden, die aus Nachhaltigkeitssicht für weitere Entwicklungsschritte zu empfehlen sind.

Publikationen


2021
Zeitschriftenaufsätze
Baumann, M.; Domnik, T.; Haase, M.; Wulf, C.; Emmerich, P.; Rösch, C.; Zapp, P.; Naegler, T.; Weil, M.
Comparative patent analysis for the identification of global research trends for the case of battery storage, hydrogen and bioenergy.
2021. Technological forecasting and social change, 165, Art.-Nr.: 120505. doi:10.1016/j.techfore.2020.120505VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
Erakca, M.; Baumann, M.; Bauer, W.; Biasi, L. de; Hofmann, J.; Bold, B.; Weil, M.
Energy Flow Analysis of Laboratory Scale Lithium-Ion Battery Cell Production.
2021. iScience. doi:10.1016/j.isci.2021.102437
Tomasini Montenegro, C.; Peters, J. F.; Baumann, M.; Zhao-Karger, Z.; Wolter, C.; Weil, M.
Environmental assessment of a new generation battery: The magnesium-sulfur system.
2021. Journal of energy storage, 35, 102053. doi:10.1016/j.est.2020.102053
Zeitschriftenausgaben
D’Urso, C.; Ferraro, M.; Antonucci, V.; Baumann, M.
Special Issue: Sustainability assessment of Energy Storage technologies.
2021. Elsevier 
Forschungsberichte/Preprints
Wiesner, E.; Bardé, F.; Weil, M.; Borbujo, Y. C.; Edström, K.; Kiuru, J.; Rizo-Martin, J.; Metz, P. de; Pettit, C.; Poliscanova, J.; Ramon, N. G.; Santos, C.
Batteries Europe - Task Force SUSTAINABILITY POSITION PAPER.
2021. Sustainability Task Force 
Vorträge
Bardé, F.; Weil, M.; Borbujo, Y. C.; Edström, K.; Martin Frax, L.; Kiuru, J.; Rizo-Martin, J.; Metz, P. de; Pettit, C.; Poliscanova, J.; Ramon, N. G.; Santos, C.; Olli, S.; Garcia, M.
The challenges for a sustainable battery ecosystem.
2021. Batteries Europe online workshop: A Holistic Approach to Battery Safety and Sustainability for Europe (2021), Online, 15. Juni 2021 
Baumann, M.; Häringer, M.; Schmidt, M.; Schneider, L.; Bauer, W.; Binder, J. R.; Weil, M.
Early Stage sustainability screening of NA-Ion Cathode Materials.
2021. 15th Conference Society And Materials (EcoSD 2021), Online, 10.–11. Mai 2021 
Baumann, M.; Peters, J.; Ersoy, H.; Weil, M.; Fournier, G.; Moniz, A.; Martins, N. C.
Decision making support for the selection of stationary batteries.
2021. Energy Transition and Sustainability Conference (APEEN 2021), Online, 20.–21. Januar 2021 
Erakca, M.; Weil, M.; Bresser, D.; Bautista, S. P.
Challenges and Pitfalls of Conducting Prospective LCA for Emerging Technologies: The Example of Metal-Free Organic Batteries.
2021. 15th Conference Society And Materials (EcoSD 2021), Online, 10.–11. Mai 2021 
Ersoy, H.; Baumann, M.; Weil, M.
Evaluation Study of Regional Added Value Creation by Lithium-ion Battery Energy Storage (BES) towards 2050.
2021. Energy Transition and Sustainability Conference (APEEN 2021), Online, 20.–21. Januar 2021 
Kautz, E.; Bozkurt, Ö.; Emmerich, P.; Baumann, M.; Weil, M.
Potentials and Challenges of a Circular Economy: A Systematic Review for the Use Case of Lithium-Ion Batteries.
2021. 15th Conference Society And Materials (EcoSD 2021), Online, 10.–11. Mai 2021 
Liu, H.; Dou, X.; Aßen, N. von der; Weil, M.
Life Cycle Assessment of Bio- based Carbon Materials as Anode of Sodium-ion Batteries.
2021, Juni 17. 25th Annual Green Chemistry and Engineering Conference (ACS 2021), Online, 14.–18. Juni 2021 
Liu, H.; Montenegro, C.; Aßen, N. von der; Weil, M.
Sustainability Assessment of Promising Anode Materials for Post-Lithium Battery Systems in Early Design Phases.
2021. Energy Transition and Sustainability Conference (APEEN 2021), Online, 20.–21. Januar 2021 
Liu, H.; Tomasini, C. R.; Lan, L.; Li, J.; Zhang, X.; Aßen, N. von der; Weil, M.
Organic Waste for the Production of Hard Carbon for Batteries – A Life Cycle Assessment Perspective.
2021. Waste-to-Resources (2021), Online, 18.–20. Mai 2021 
Weil, M.; Baumann, M.; Grunwald, A.
Lebenszyklusorientierte Nachhaltigkeitsanalyse gegenwärtiger und zukünftiger Batteriesysteme.
2021. Kompetenznetzwerk Lithium-Ionen-Batterien (KLiB 2021), Online, 19. Mai 2021 
Weil, M.; Baumann, M.; Peters, J.; Erakca, M.; Ersoy, H.; Jasper, F.; Liu, H.; Baur, D.; Bautista, S.
Prospective sustainability analysis of present and future battery systems.
2021. Graduiertenkolleg Bayerisches Zentrum für Batterietechnik (2021), Online, 18. Februar 2021 
Weil, M.; Peters, J.; Baumann, M.; Erakca, M.; Bautista, S.; Liu, H.; Ersoy, H.
Recycling of Different Battery Types: A First LCA-Based Sustainability Perspective.
2021. 11th Advanced automotive battery conference Europe (AABC 2021 2021), Online, 19.–20. Januar 2021 
Weil, M.; Peters, J.; Baumann, M.; Erakca, M.; Bautista, S.; Liu, H.; Ersoy, H.; Mandade, P.; Yang, J.; Jasper, F.; Emmerich, P.
Challenges and Options for the Recycling of Present and Future Batteries.
2021. 15th Conference Society And Materials (EcoSD 2021), Online, 10.–11. Mai 2021 
Weil, M.; Peters, J.; Baumann, M.; Erakca, M.; Bautista, S.; Liu, H.; Ersoy, H.; Mandade, P.; Yang, J.; Jasper, F.; Emmerich, P.; Grunwald, A.
Resource situation for electrochemical energy storage systems and recycling effects.
2021. Kickoff der POF IV im Forschungsbereich Energie, Helmholtz ES2050 (2021), Online, 2. Juli 2021 
Weil, M.; Peters, J.; Baumann, M.; Erakca, M.; Bautista, S.; Liu, H.; Ersoy, H.; Mandade, P.; Yang, J.; Jasper, F.; Emmerich, P.; Grunwald, A.
Internationale und Nationale Aktivitäten zum Themenfeld Nachhaltigkeit im Batteriesektor.
2021. Kompetenznetzwerk Lithium-Ionen-Batterien "Nachhaltigkeit und Recycling" (KLiB 2021), Online, 29. Juni 2021 
Poster
Erakca, M.; Baumann, M.; Bauer, W.; Biasi, L. de; Bold, B.; Weil, M.
Energy flow analysis of lab-scale LIB cell production as a blueprint for environmental SIB assessment.
2021. 1st International Workshop on Post-Lithium Research: Women in Focus (2021), Online, 27.–28. Juli 2021 
Liu, H.; Aßen, N. von der; Baumann, M.; Weil, M.
Comparative LCA of Emerging Carbon Electrode Materials: exploring sustainable process route of sodium-Ion battery manufacturing.
2021. 10th Young Environmental Scientists Meeting (SAC 2021), Online, 22.–26. Februar 2021 
Wissenschaftskommunikation im Internet
2020
Masterarbeiten
Erakca, M.
Energy- and Material Flow Analysis of the Production of a Lithium-Ion Battery Cell. Masterarbeit.
2020. Karlsruher Institut für Technologie (KIT) 
Zeitschriftenaufsätze
Barelli, L.; Baumann, M.; Bidini, G.; Ottaviano, P. A.; Schneider, R. V.; Passerini, S.; Trombetti, L.
Reactive Metals as Energy Storage and Carrier Media: Use of Aluminum for Power Generation in Fuel Cell-Based Power Plants.
2020. Energy technology, 8 (9), Art. Nr.: 2000233. doi:10.1002/ente.202000233VolltextVolltext der Publikation als PDF-Dokument
Baumann, M.; Barelli, L.; Passerini, S.
The Potential Role of Reactive Metals for a Clean Energy Transition.
2020. Advanced energy materials, 10 (27), Art. Nr.: 2001002. doi:10.1002/aenm.202001002
Proceedingsbeiträge
Elkadragy, M.; Iqbal, M.; Awad, M. L.; Baumann, M.; Opal, A.; Hiller, M.; Nathwani, J.; Knebel, J.
Hybrid Off-grid and Decentralized Renewable Electricity Systems Techno-Economic Model (HOTEM). A Building block of a comprehensive techno-economic approach based on contrastive case studies in Sub-Sahran Africa and Canada.
2020. 10th Solar & Storage Integration Workshop, Energynautics GmbH 
Vorträge
Baumann, M.; Domnik, T.; Haase, M.; Wulf, C.; Emmerich, P.; Rösch, C.; Zapp, P.; Naegler, T.; Weil, M.
Analyse internationaler Patentstrategien für Li-Ion Batterien, Biomasse und Wasserstoff im Kontext der deutschen Energiewende.
2020. 16. Symposium Energieinnovation (2020), Graz, Österreich, 12.–14. Februar 2020 
Baumann, M.; Peters, J.; Weil, M.; Ersoy, H.
Supporting decision making towards increasing the sustainability of battery storage.
2020. Workshop: Maximizing the Environmental Utility of Battery Storage: Building a Life Cycle Assessment Framework Session 2: Current Approaches to Decision-Making Agenda, University of California (2020), Los Angeles, CA, USA, 23. Oktober 2020 
Baumann, M.; Weil, M.; Peters, J.; Haase, M.
How to store my energy? Challenges and potentials using MCDA for decision support in the field of energy storage.
2020. Operational Research Seminar Centro de Matemática e Aplicações (2020), Online, 18. Dezember 2020 
Liu, H.; Cornelius, G.; Trivedi, S.; Häringer, M.; Bertolini, S.
Cathode Materials for Monovalent Ions: from synthesis to processing.
2020. GS-EWS Virtual Summer Symposium (2020), Online, 21.–22. September 2020 
Weil, M.; Montenegro, C. T.; Peters, J. F.; Baumann, M.; Zhao-Karger, Z.; Wolter, C.; Liu, H.; Ersoy, H.; Erakca, M.; Bautista, S.
Environmental Life Cycle Assessment of MgS-Batteries.
2020. International Symposium on Magnesium Batteries (2020), Online, 8.–9. September 2020 
Poster
Liu, H.; Dou, X.; Lan, L.; Li, J.; Aßen, N. von der; Weil, M.; Baumann, M.
A Review for Environmental Analyses of Sodium-Ion Battery Systems and a Preliminary Life Cycle Assessment of Anode Material Manufacturing.
2020. 41st SETAC North America (2020), Online, 15.–19. November 2020 
2019
Buchaufsätze
Peters, J. F.; Weil, M.; Baumann, M.
The Importance of Recyclability for the Environmental Performance of Battery Systems.
2019. Cascade Use in Technologies 2018 : Internationale Konferenz zur Kaskadennutzung und Kreislaufwirtschaft – Oldenburg 2018. Ed.: A. Pehlken, 104–110, Springer Verlag. doi:10.1007/978-3-662-57886-5_13
Vorträge
Baumann, M.; Ferraro, M.
Sustainability implications for different energy storage technologies.
2019. Workshop "Putting the hydrogen into hybridization: how fuel cells and electrolysers can support energy storage" (2019), Rom, Italien, 5. November 2019 
Meeus, M.; Trapp, V.; Chanson, C.; Barboux, P.; Lorrmann, H.; Weil, M.; Jacques, P.
Battery recycling: state-of-the-art and future trends - Battery 2030+ Initiative.
2019. 3rd International FEV Conference ZERO CO2 MOBILITY (2019), Aachen, Deutschland, 7.–8. November 2019 

Kontakt

Dr.-Ing. Marcel Weil
Karlsruher Institut für Technology (KIT)
Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS)
Postfach 3640
76021 Karlsruhe

Tel.: 0721 608-26718
E-Mail