Kommentar für die Lehrkraft

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1 Batterien & Akkus gehören zurück. Lernmodule Batterien & Akkus: Kommentar für die Lehrkraft Ein Projekt der Interessenorganisation Batterieentsorgung INOBAT In Kooperation mit Praktischer Umweltschutz Schweiz Pusch

2 Stoffkreislauf Batterien & Akkus Produktion, Verteilung Rohstoffe, Energieträger Kauf Einsatz Produktion Konsum Recyclingstoffe, Wertstoffe Schlacke, Deponiegut Aufbereitung Entsorgung, Recycling Rückgabe Kehrichtverbrennung Gratistransport Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 2

3 Inhaltsübersicht Vorwort 4 Struktur der Lernmodule Batterien & Akkus 5 Teil I: Wissenswertes zu Batterien 7 Definitionen Die Geschichte der Batterie Aufbau und Funktionsweise einer Batterie Batterietypen und -formen Rohstoffe und Produktion Teil II: Die verschiedenen Batteriesysteme, ihre Vor- und Nachteile 13 Primärbatterie-Systeme Sekundärbatterie-Systeme Teil III: Das Batterie-Recycling in der Schweiz 17 Interessenorganisation Batterieentsorgung INOBAT Recycling von Altbatterien aus Abfall wird Rohstoff Impressum 20 Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 3

4 Vorwort Wir alle brauchen Batterien & Akkus. Sie sind fester Bestandteil unseres Alltags. Der Trend zur mobilen Stromversorgung ist ungebrochen. Batterien & Akkus verhelfen uns zu mehr Beweglichkeit und Unabhängigkeit. Und sie sind ein Umweltthema wie Aluminium, Glas, Karton, Papier oder PET. Das Nachdenken über unseren Batterieverbrauch und die Sensibilisierung für Umweltbelange sind ein wichtiger Schritt zum richtigen Umgang und zur korrekten Entsorgung, zumal Batterien & Akkus als Sonderabfall gelten, dessen Recycling wir besonders ernst nehmen müssen. Wir wollen Sie dazu anregen, das Thema im Rahmen Ihres fächerübergreifenden Umweltunterrichtes aufzugreifen. Nicht isoliert, sondern auch stellvertretend für andere Stoffkreisläufe und für umweltbewusstes Handeln ganz allgemein. Anhand von Batterien & Akkus lässt sich exemplarisch der Lebenszyklus eines Produktes von der Herstellung bis zur Entsorgung und Wiederverwertung aufzeigen. Der fachgerechten Entsorgung soll dabei spezielles Gewicht zukommen. Die Lernmodule Batterien & Akkus sind auf Initiative der Interessenorganisation Batterieentsorgung INOBAT in Kooperation mit Praktischer Umweltschutz Schweiz Pusch entstanden. Sie basieren zum Teil auf Ideen aus der Werkstatt Batterien der Interfakultären Koordinationsstelle für Allgemeine Ökologie (IKAÖ) der Universität Bern, wofür wir uns an dieser Stelle bedanken. Wir freuen uns, wenn möglichst viele Lehrerinnen und Lehrer mit ihren Klassen das Thema Batterien & Akkus aufgreifen und unterstützen Sie dabei stufengerecht und handlungsorientiert: > Mit 15 Lernmodulen für den Umweltunterricht Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 4

5 Struktur der Lernmodule Batterien & Akkus Die Lernmodule Batterien & Akkus bestehen aus diesem Kommentar für die Lehrkraft und aus einer Loseblattsammlung mit 15 fertig ausgearbeiteten Arbeitsaufträgen für die Klasse. Die zur Durchführung benötigten Materialien sind in der Regel einfach zu beschaffen und gut verfügbar. Die Unterteilung in Kommentar und Arbeitsaufträge ermöglicht der Lehrkraft, mit relativ geringem Aufwand den Überblick über das Thema zu gewinnen, um dann gezielt nach eigenen Präferenzen die Schwerpunkte für den Unterricht zu setzen. Eine Besonderheit sind die jeweiligen Querverweise zwischen Lehrerkommentar und Arbeitsaufträgen. > Anmerkungen zum Kommentar für die Lehrkräfte: Der Kommentar ist zur Einarbeitung ins Thema gedacht. Er enthält in knapper Form und in einer gut verständlichen Sprache die wesentlichen fachlichen Informationen rund um die Thematik Batterien & Akkus. Der Kommentar dient als solide Basis für die Arbeit mit den Lernmodulen. Wer noch wenig weiss, erfährt trotz der Kürze vieles und vor allem das Nötige. > Anmerkungen zu den Lernmodulen: Die Loseblattsammlung besteht aus 15 Lernmodulen mit Anleitungen und Arbeitsblättern, die Sie direkt im Unterricht einsetzen können. Analog dem Stoffkreislauf werden verschiedene Aspekte des Themas Batterien & Akkus beleuchtet: Produktion, Konsum sowie Entsorgung und Recycling. Das Thema Batterien & Akkus eignet sich für den Umweltunterricht auf allen Schulstufen. Jeder Arbeitsauftrag ist für die entsprechenden Alterskategorien gekennzeichnet. Die Mitarbeit der SchülerInnen ist nötig! Deshalb sind die einzelnen Lernmodule in Arbeitsauftrag und Lehrerinformation unterteilt. Ein Arbeitsauftrag liefert eine knappe Einführung in den Themenbereich des jeweiligen Arbeitsauftrages und beinhaltet nebst Hinweisen auf das Lernziel und die Hilfsmittel die eigentliche Anleitung zur erfolgreichen Umsetzung des Unterrichtsvorschlags. Für einige Arbeitsaufträge wurden Informationsblätter angefertigt, die den SchülerInnen zur Selbstkontrolle und als Hilfestellung dienen. Die Hintergrundinformationen für die Lehrkraft nützen Ihnen in Form von Erläuterungen, Empfehlungen und weiterführenden Ideen. > Einsatz der Lernmodule: Meistens wird im Schulzimmer gearbeitet, aber auch die Mediothek oder die Bibliothek werden benutzt. Manchmal führt ein Arbeitsauftrag weg vom Schulhaus, beispielsweise für eine Umfrage. Die Arbeitsaufträge lassen sich in verschiedenen Unterrichtsformen wie Gruppenarbeit oder Werkstatt einsetzen. > Lernmodule herunterladen: oder Sie haben per Internet direkt Zugriff auf die gesamten Unterrichtsvorschläge (einschliesslich Arbeitsblätter) zum Thema Batterien & Akkus. Sie finden dort auch nützliche Links, Adressen und Angaben zu weiterführender Literatur. Zugleich können Sie dort die Broschüre «Konsum und Abfall» bestellen. Sie enthält weitere Unterrichtsvorschläge zu Umweltthemen und das Zugangspasswort für die gesamte Datenbank. Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 5

6 > Ziele der Lernmodule: Basiswissen über Batterien, deren Funktion und Aufbau erlernen (Umweltwissen) Bewusstsein betreffend die Schonung von Ressourcen und Energieträgern bilden (Umwelteinstellungen) Den richtigen Umgang mit gebrauchten Batterien & Akkus erlernen (Umwelthandeln) Aus diesen übergeordneten Zielen lassen sich Unterziele ableiten wie beispielsweise sinnvolles Einsetzen von Batterien & Akkus lernen, Alternativen zu Batterien kennen lernen, Bewusstseinsprozess über das eigene Verhalten in Gang bringen. Arbeitsauftrag 4: Mobile Stromversorgung um jeden Preis? Arbeitsauftrag 6: Auf der Suche nach Alternativen zu Batterien Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 6

7 Teil I: Wissenswertes zu Batterien Definitionen «Batterie» ist eigentlich die Abkürzung für den Begriff Trockenbatterie. In der klassischen Betrachtungsweise unterscheidet man zwischen Primärbatterien und Sekundärbatterien je nachdem ob die chemischen Reaktionen umkehrbar sind oder nicht. Primärbatterien kann man nur einmal entladen, Sekundärbatterien so genannte Akkumulatoren oder kurz Akkus können nach einem externen Ladevorgang erneut entladen werden. In der Umgangssprache werden sowohl Trockenbatterien wie auch Akkumulatoren als Batterien bezeichnet. Batterien & Akkus liefern bei der Entladung unabhängig vom Stromnetz elektrische Energie an einen Verbraucher zu dessen Betrieb (beispielsweise Handy, Radio, Taschenlampe). Die Geschichte der Batterie Die Geschichte der Batterie begann mit der naturwissenschaftlichen Untersuchung der Elektrizität. Zufällig hatte im Jahr 1789 der italienische Anatomieprofessor Luigi Galvani ( ) die Batterie erfunden. Als er frisch präparierte Froschschenkel mit Kupferhaken an seinem eisernen Balkongitter aufhängte, bemerkte er, dass die Froschschenkel jedes Mal zuckten, wenn sie das Balkongeländer berührten. Galvani vermutete, dass die elektrische Energie in den Froschschenkeln steckte. Diese Hypothese wurde jedoch zehn Jahre später vom Physiker Alessandro Volta ( ) widerlegt. Er bemerkte, dass die Elektrizität entstand, wenn die Froschbeine gleichzeitig zwei verschiedene Metalle berührten, und dass die Energie aus den Metallen stammte. Er stellte auch fest, dass mit der Kombination eines möglichst edlen und eines möglichst unedlen Metalls am meisten Strom produziert wird, und entwickelte mit diesen Erkenntnissen das galvanische Element als Vorläufer der Batterie. Dieses galvanische Element bestand aus zwei verschiedenen Metallstreifen, die Volta in eine verdünnte Säure tauchte. Sobald die beiden Metallstreifen über einen leitenden Stromkreis verbunden wurden, floss ein starker Strom. In den darauf folgenden Jahren wurde diese Entdeckung weiterentwickelt und effizientere Batteriesysteme erfunden (siehe Kapitel «Die verschiedenen Batteriesysteme, ihre Vor- und Nachteile»). Arbeitsauftrag 1: Wir stellen eine Batterie her Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 7

8 Aufbau und Funktionsweise einer Batterie Batterien sind elektrochemische Stromquellen. Durch den Ablauf chemischer Reaktionen im Innern der Batterie kann unabhängig vom Stromnetz elektrische Energie erzeugt werden (Entladungsvorgang). Die kleinste Einheit einer Batterie heisst galvanische Zelle. In der Regel besteht eine Batterie aus mehreren solchen Zellen, die elektrisch zu einer Einheit zusammengeschaltet sind. Für die Umwandlung von chemischer in elektrische Energie werden zwei Elektroden gebraucht, die im Innern der Zelle durch eine Lösung miteinander in Verbindung stehen, die den elektrischen Strom leitet (Elektrolyt). Die eine Elektrode besteht aus einem Metall (zum Beispiel Zink oder Lithium). Sie baut innerhalb des Elektrolyts ein negatives Potenzial auf und bildet somit den negativen Pol der Zelle (Anode). Die zweite Elektrode besteht aus einer elektronenleitenden und sauerstoffreichen Verbindung (zum Beispiel Nickelhydroxid, Braunstein oder Silberoxid). Sie baut innerhalb des Elektrolyts ein positives Potenzial auf und bildet dementsprechend den positiven Pol der Zelle (Kathode). Etikette Stahlbecher Kollektor Dichtung Positiver Anschluss Negativer Anschluss Kathode Separator Anode Ueberdruckmembran Das Schema zeigt den Aufbau einer Alkali/Mangan-Batterie. Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 8

9 Die physikalisch-chemischen Vorgänge in einer Batterie sollen im Folgenden vereinfacht beschrieben werden. Das Prinzip der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie wird am Beispiel eines Kupfer/Zink-Elements (Daniell-Element) verdeutlicht: Wird der Batterie elektrische Energie entnommen, geben die Zink-Atome (Minuspol) Elektronen ab (Oxidation) und gehen als Zink-Ionen in Lösung. Die Elektronen fliessen über einen äusseren Leiter zum Verbraucher (beispielsweise eine Taschenlampe) und dann zum Pluspol der Batterie. Dort nehmen die Kuper-Ionen die Elektronen auf (Reduktion). Diese Elektronenübertragung heisst in der Fachsprache Redoxreaktion. Der Stromkreis wird durch die interne Wanderung von Ionen zwischen den Elektroden durch den Elektrolyten geschlossen (Ionenstrom). Dieser Elektronenaustausch zwischen geeigneten Reaktionspartnern ist somit die Ursache der elektrischen Spannung in Batterien. Die Spannung im dargestellten Daniell-Element beträgt 1,1 Volt. An der Kathode findet also eine Reduktion und an der Anode eine Oxidation statt: Reduktion (Elektronenaufnahme) der Kathode: Cu e- Cu Oxidation (Elektronenabgabe) der Anode: Zn Zn e- Die Gesamtreaktion (Redoxreaktion) hat folgende Gleichung: Cu 2+ + Zn Cu + Zn 2+ Arbeitsauftrag 2: Wie entsteht Strom in der Batterie? Arbeitsauftrag 9: Spannung von Batterien messen Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 9

10 Batterietypen und -formen Batterien werden in einer Vielzahl von unterschiedlichen Bauformen und -grössen angeboten. Dies ermöglicht es, sie in den verschiedensten Anwendungsbereichen einzusetzen. Es wird zwischen vier Batterieformen unterschieden: a) Rundzellen (als Primärbatterien und Akkus) Diese Batterie in der zylindrischen Form ist nach wie vor die meistverkaufte Batterieform. Je nach Technologie wird für den Aufbau die Block- oder Wickelform gewählt. Werden die Elektroden aufgewickelt, kann eine grösstmögliche Elektrodenoberfläche auf kleinstem Raum untergebracht und eine hohe Energiedichte erzielt werden. Die meistverwendeten Rundzellen sind in sieben Grössen im Handel erhältlich. Sie sind in ihren Abmessungen und Bezeichnungen genormt und tragen folgende Handelsbezeichnungen oder Namen: Handels- Masse (mm) bezeichnung E90 Ø 12,0 Höhe 30,2 AAA Ø 10,5 Höhe 44,5 AA Ø 14,5 Höhe 50,5 C Ø 26,6 Höhe 50,0 D Ø 34,2 Höhe 61,5 9V Länge 26,5 Breite 17,5 Höhe 48,8 4,5V Länge 62,0 Breite 22,0 Höhe 67.0 IEC / andere Bezeichnung Spannung (Volt) Typischer Einsatzbereich LR 1/Lady 1,5 Photoapparate LR 3, R 3/Micro 1,5 Fernbedienungen LR 6, R 6/Mignon 1,5 Tragbare CD- Player LR 14, R 14/Baby 1,5 Kofferradios LR 20, R 20/Mono 1,5 Tragbare Hifi- Anlagen 6 LR 61, 6 F 22/ E-Block 3LR12, 3R12/ Flach (nicht als Akku erhältlich) 6 x 1,5 = 9 Fernbedienungen 4,5 Taschenlampen Illustration: Claudio Köppel, infel 2001 Generell findet man auf den Verpackungen die Bezeichnungen, welche in der ersten Spalte der obigen Tabelle stehen. Jede Batterie ist zudem mit Angaben zum Hersteller, zum Batterietyp und zur Spannung versehen. Aufladbare Batterien tragen in der Regel den Hinweis «Akku/wieder aufladbar (rechargeable)». Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 10

11 b) Knopfzellen (als Primärbatterien und Akkus) Diese Batterien haben einen Durchmesser, der gleich gross oder grösser ist als ihre Höhe. Sie werden vor allem eingesetzt für Geräte, die einen Energiespender brauchen, der klein, leicht und trotzdem leistungsstark ist. Batteriesystem Nennspannung (Volt) Typische Einsatzbereiche Lithium-Mangan 3,0 Taschenrechner, Uhren, Fernbedienungen Silberoxid-Zink 1,55 Uhren, Fotoapparate, Taschenrechner Alkali-Mangan-Zink 1,5 Taschenrechner Zink-Luft 1,4 Hörgeräte, Personenrufgeräte Quecksilberoxid-Zink 1,35 Fotoapparate, Hörgeräte, Uhren Nickel-Cadmium (aufladbar) Nickel-Metallhydrid (aufladbar) 1,2 Speichersicherungen für Computer 1,2 Pager Quelle: «Batt-Info-Set» der Stiftung Gemeinsames Rücknahmesystem Batterien, GRS, Hamburg, c) Prismazellen (als Primärbatterien und Akkus) Diese Batterien haben eine rechteckige Grundfläche, wie beispielsweise die 9-Volt-Block-Batterie. d) Power Packs Moderne Geräte wie beispielsweise Notebooks oder Handys enthalten sogenannte Power Packs (Akkumulatoren), deren Elektroden aus flachen Platten bestehen. Da Packs sehr flach gebaut werden können, eignen sie sich für Geräte, die selbst so flach sind, dass man keine Rundzellen einsetzen kann. Arbeitsauftrag 5: Batterien & Akkus in meinem Alltag Arbeitsauftrag 7: Batterietypen Die Welt der Batterien & Akkus Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 11

12 Rohstoffe und Produktion In der Schweiz werden Haushaltbatterien nur an einem Standort hergestellt: Die Firma Energizer produziert in La Chaux-de-Fonds Alkali/Mangan-Batterien. Die folgende Tabelle zeigt, woher die einzelnen Stoffe zur Herstellung dieser Batterien kommen und wie sie in die Schweiz transportiert werden: Rohstoff Herkunft Transport Mangandioxid Griechenland Bahn/Lastwagen Zinkpulver Belgien Lastwagen Graphit Schweiz Lastwagen Separator (Trennmembrane) Japan Schiff/Lastwagen Stahlbecher Deutschland Lastwagen Label (Beschriftung) Deutschland Lastwagen Arbeitsauftrag 3: Woraus sind Batterien & Akkus gemacht? Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 12

13 Teil II: Die verschiedenen Batteriesysteme, ihre Vorund Nachteile Bei den Batteriesystemen werden so genannte Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien kann man nur einmal entladen; sie sind anschliessend verbraucht. Sekundärbatterien (auch Akkumulatoren oder kurz Akkus genannt) können nach Gebrauch in einem Ladegerät viele Male wieder aufgeladen werden. Bei diesem Ladevorgang wird von aussen zugeführte elektrische Energie erneut als chemische Energie gespeichert. Die chemischen Reaktionen bei den Sekundärbatterien sind somit umkehrbar. Eine Batterie besteht aus einer Anode, einer Kathode, einer Trennmembran (Separator) und einem Elektrolyten. Je nachdem, welche Einsatzstoffe als Elektroden und Elektrolyte verwendet werden, spricht man von verschiedenen elektrochemischen Systemen. Im Allgemeinen werden Batterien nach dem Namen des Materials an den Plus-Polen (Kathode) und Minus-Polen (Anode) benannt. Die verschiedenen Batteriesysteme unterscheiden sich in ihrer Spannung, Kapazität und Leistung und kommen infolgedessen für jeweils andere Anwendungen beziehungsweise Geräte in Frage. Primärbatterie-Systeme Die meistverkauften Primärbatterien sind Alkali/Mangan-Batterien (für Geräte mit höherem Energiebedarf) und Kohle/Zink-Batterien (für einfache Anwendungen). Sie machen zusammen rund 80% der verkauften Batteriemenge aus. Die Tendenz bei den Kohle/Zink-Batterien ist rückläufig zu Lasten von Alkali/Mangan-Batterien und wieder aufladbaren Systemen. a) Kohle/Zink-Batterie Die positive Elektrode (Kathode) besteht aus Mangandioxid (gepresster Braunstein) gemischt mit Graphitpulver für eine bessere Konduktivität; ein Kohlestab dient als Kollektor. Die negative Elektrode (Anode) besteht aus Zink. Zwischen der positiven Masse und dem Zink wird ein Papier eingelegt, welches den direkten elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden verhindert. Der Elektrolyt besteht aus einer Salzlauge. Kohle/Zink-Batterien entsprechen der ältesten Batterietechnologie und werden wegen ihres Erfinders Georges Lionel Leclanché (Patent 1866) auch als «Leclanché-Element» bezeichnet. Dieses klassische Batteriesystem ist nach wie vor eine günstige Alternative, vor allem für den Betrieb von Geräten im unteren Leistungsbereich oder bei unregelmässigem Einsatz (beispielsweise Küchenuhren, Taschenlampen). Bei niedrigen Temperaturen weisen Kohle/Zink-Batterien eine schlechte Leistung auf. Seit den 1980er-Jahren werden sie zunehmend verdrängt durch die leistungsstärkeren Alkali/Mangan-Batterien. b) Alkali/Mangan-Batterie (Alkaline) Die Alkali/Mangan-Batterie ist vom Prinzip her gleich aufgebaut wie die Kohle/Zink-Batterie. Die positive Elektrode besteht aus Mangandioxid, welchem Graphitpulver zugesetzt ist. Die negative Elektrode besteht aus Zinkpulver und einem Nagel als Stromabnehmer. Die Alkali/Mangan-Batterie ist in einen Stahlbecher eingeschlossen. Im Gegensatz zur Kohle/Zink- Batterie (saurer Elektrolyt) besteht der Elektrolyt dieses Systems aus dem basischen Kaliumhydroxid (Kalilauge). Ein mikroporöses Diaphragma übernimmt die Trennung der beiden Elektroden. Es ist durchlässig für die Ionen des Elektrolyten, aber nicht für diejenigen der Elektroden. Das Preis-Leistungs-Verhältnis ist besser als bei Kohle/Zink-Batterien, zudem ist die Korrosionsgefahr, wie sie bei Kohle/Zink-Batterien besteht, ausgeschaltet. Alkali/Mangan- Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 13

14 Batterien eignen sich für anspruchsvolle, regelmässig genutzte Geräte wie Fotoapparate, Walkman oder Blitzgeräte. c) Lithium-Batterie Zunehmend an Bedeutung gewinnen Lithium-Batterien, denn dieses Leichtmetall liefert eine drei- bis viermal höhere Spannung als andere Materialien. Die Anode besteht aus Lithium, die Kathode beispielsweise aus Mangandioxid und der Elektrolyt aus einer organischen Kalilauge. Lithium-Batterien weisen praktisch keine Selbstentladung auf. Eingesetzt werden sie beispielsweise in Fotokameras, Armbanduhren, Taschenrechnern oder Velo-Computern. d) Silberoxid-Knopfzellen Hierbei handelt es sich um eine Knopfzelle mit mittlerer bis hoher Belastbarkeit. Die Anode besteht aus Zinkpulver, die Kathode aus Silberoxid und der Elektrolyt aus einer organischen Kalilauge. Diese Batterien eignen sich beispielsweise für die Verwendung in Armbanduhren, Fotoapparaten, Taschenrechnern oder medizinischen Geräten (Insulin-Einspritzgeräte für DiabetikerInnen). Ein paar Worte zum Thema Quecksilber Bei der Herstellung der Batteriesysteme hat sich in den letzten Jahren viel getan. Schon seit der ersten Hälfte der 1990er-Jahre verwenden alle namhaften europäischen Hersteller bei der Produktion von Alkali/Mangan- und von Kohle/Zink-Batterien kein Quecksilber mehr. Auch die vor allem für hochbelastbare Hörgeräte eingesetzten Quecksilberoxid-Knopfzellen wurden seit dem Jahr 2000 durch umweltfreundlichere Systeme, beispielsweise Zink/Luft-Knopfzellen, ersetzt. Im Anhang 2.15 der Chemikalien-Risikoreduktions-Verordnung (ChemRRV) des Bundes ist zudem ein Höchstwert von 0,0005 Gewichtsprozenten Quecksilber in Alkali/Mangan-Systemen festgelegt. In den heute verkauften Batterien ist die Menge Quecksilber also nahezu gleich Null. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass aus alten Beständen immer noch Batterien im Umlauf sind, die Quecksilber enthalten. Arbeitsauftrag 10: Sind Batterien gefährlich für die Umwelt? Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 14

15 Sekundärbatterie-Systeme Akkus sind zwar teurer als Primärbatterien, sie lohnen sich aber bei häufigem und regelmässigem Gebrauch. Die Verwendung aufladbarer Akkus ermöglicht es, Rohstoffe und Energie zu sparen vorausgesetzt, sie werden richtig gehandhabt: eine volle Entladung von Zeit zu Zeit vermindert den Memory-Effekt 1. Zudem sollen die Akkus nur mit passendem Ladegerät aufgeladen werden. Bei den Sekundärbatterien wird zusätzlich zwischen Trockenbatterien (beispielsweise Akkumulatoren für Handys) und Nassbatterien (Autobatterien) unterschieden. Letztere werden im vorliegenden Lehrmittel zum Thema Haushaltbatterien allerdings nicht behandelt. Autobatterien weisen einerseits einen etwas anderen technischen Aufbau auf, weshalb sie nicht als Haushaltbatterien gelten. Anderseits gibt es für sie ein unabhängiges Rückgabesystem, welches nicht an die Haushaltbatterien gekoppelt ist. Autobatterien können bei jeder Autogarage abgegeben werden. a) Nickel/Cadmium-Akkumulatoren Diese Sekundärbatterien sind zusammen mit Nickel/Metallhydrid- und Lithium-Ionen-Batterien die gängigsten wieder aufladbaren Systeme. Zwei Bleche, eines aus Nickel, das andere aus Cadmium, liefern hier den Strom. Sie sind durch einen Isolationsstoff getrennt und in Kalilauge eingetaucht. Dieses System ist preiswert und eignet sich sehr gut für Geräte mit hohem Stromverbrauch (wie Elektrowerkzeuge, Videokameras, Spielzeug) und den Einsatz bei niedrigen Temperaturen. Nickel/Cadmium-Akkumulatoren sind robust und haben, richtig angewendet, eine sehr lange Lebensdauer (sie sind bis zu 1000-mal aufladbar). Verglichen mit anderen Systemen haben sie jedoch eine geringere Kapazität. Zudem enthalten sie hoch problematisches Cadmium ein Umweltgift erster Ordnung. Ihr Einsatz ist daher nur sinnvoll, wenn die hohe Lebensdauer tatsächlich ausgenützt und die richtige Entsorgung strengstens eingehalten wird. Die Cadmium- Elektrode ist auch der Grund dafür, dass bei Nickel/Cadmium-Akkus der sogenannte Memory- Effekt auftreten kann. Akkus dieses Typs müssen deshalb immer erst richtig entladen werden, bevor man sie neu auflädt. Aus all diesen genannten Gründen haben Nickel/Metallhydrid-Akkus inzwischen an Bedeutung gewonnen. b) Nickel/Metallhydrid-Akkumulatoren Sie enthalten anstelle des Cadmiums eine Metalllegierung, die Wasserstoff speichern kann. Dadurch verfügen sie über ein grosses elektrochemisches Speichervermögen bei geringem Platzbedarf. Ihre Kapazität ist doppelt so hoch wie die der Nickel/Cadmium-Systeme. Nickel/Metallhydrid-Akkus kennen wie Lithium-Ionen-Akkus keinen Memory-Effekt. Zudem lässt sich ein geringfügiges Absinken der Ladespannung ausgleichen, indem man die Akkus von Zeit zu Zeit komplett entlädt und dann wieder auflädt. Sie eignen sich sehr gut für Spielzeuge, Videokameras oder Funkgeräte. Die Akkus weisen bei Zimmertemperatur (15 20 Celsius) eine Selbstentladung von rund 1% pro Tag auf. Deshalb ist es besser, die Akkus erst kurz vor dem Gebrauch zu laden. 1 Wenn der Akku immer schon wieder aufgeladen wird, bevor er voll entladen ist, «erinnert» er sich an seine geringe Belastung und reduziert seine nutzbare Kapazität entsprechend. Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 15

16 c) Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Akkumulatoren Die jüngste Technologie bei den wieder aufladbaren Batterien sind Lithium-Ionen- und Lithium- Polymer-Akkumulatoren. Sie bieten die grösste Kapazität. Ein weiterer Vorzug: Im Gegensatz zu anderen Akkus findet bei diesen Systemen auch bei einer mehrmonatigen Lagerzeit nur eine äusserst geringe Selbstentladung statt. Zur Anwendung kommen sie zum Beispiel in Mobiltelefonen, Notebooks oder Digitalkameras. Arbeitsauftrag 7: Batterietypen Die Welt der Batterien & Akkus Arbeitsauftrag 8: Welcher Batterietyp passt zu meinem Gerät? Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 16

17 Teil III: Das Batterie-Recycling in der Schweiz Batterien enthalten zum Teil Schwermetalle wie Blei, Cadmium oder Quecksilber, weshalb sie als Sonderabfall gelten 2. Bei unsachgemässer Entsorgung können die Schadstoffe in die Umwelt gelangen. Sie reichern sich dort an und beeinträchtigen die Gesundheit von Menschen, Tieren und Pflanzen. Auch in Schlacke und Filterasche der Kehrichtverbrennungsanlage sind Schwermetalle unerwünscht. Zudem werden wertvolle Rohstoffe verschwendet, wenn die Altbatterien nicht dem Recycling zugeführt werden. Seit 1998 ist die Separatsammlung von Batterien obligatorisch. Alle Batterien & Akkus müssen daher an die Verkaufs- oder Sammelstelle zurückgebracht werden. Diese sind verpflichtet, verbrauchte Batterien & Akkus aller Marken kostenlos zurückzunehmen und sie zur Entsorgung weiterzuleiten. Verkaufsstellen haben die Pflicht, ihre KundInnen an gut sichtbarer Stelle auf die Rückgabemöglichkeit aufmerksam zu machen. Arbeitsauftrag 10: Sind Batterien gefährlich für die Umwelt? Von 1991 bis 2001 bestand für die Finanzierung des Batterie-Recyclings eine freiwillige Branchenlösung. Seit dem Jahr 2001 ist im Verkaufspreis jeder Batterie und jedes Akkumulators eine gesetzlich verankerte vorgezogene Entsorgungsgebühr (VEG) inbegriffen. Seit dem 1. Januar 2004 beträgt die VEG CHF 3.20 pro Kilo. Für eine Kohle/Zink-Batterie (Mignon, R6) beträgt die von den KonsumentInnen bezahlte VEG beispielsweise 5 Rappen, für eine Alkali/Mangan-Batterie (LR6, Mignon) 10 Rappen. Wer Batterien & Akkus in den Hauskehricht wirft, zahlt folglich für etwas, das er gar nicht nutzt. Interessenorganisation Batterieentsorgung INOBAT Die VEG dient der Finanzierung von Sammlung, Transport und Recycling der Batterien sowie der Information von Bevölkerung und Handel. Das Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (Buwal) beauftragte die Interessenorganisation für Batterieentsorgung (INOBAT) mit der Verwaltung der VEG. Jährlich gehen in der Schweiz rund 130'000'000 Batterien & Akkus über die Ladentische (3600 Tonnen). Ein Drittel davon landet nach wie vor im Kehricht. Heute ist die Rücklaufquote mit rund 65% noch zu tief. Es ist daher wichtig, dass die Sammelmenge weiter erhöht wird. Dazu sind eine stetige Sensibilisierung der Bevölkerung sowie ein Controlling der Verkaufsstellen bezogen auf die korrekte Handhabung der Rücknahmepflicht notwendig. Batterien & Akkus kann man überall dort gratis zurückgeben, wo man sie kaufen kann. Die Rücknahmepflicht gilt unabhängig von einem Kauf. In der Schweiz ergeben sich daraus zwischen bis Sammelstellen: Detailhandel Warenhäuser Foto-, Elektronik- und Mobilkommunikations-Fachgeschäfte Kioske, Tankstellenshops, Poststellen u.a. 2 Als Sonderabfälle gelten Stoffe, die aufgrund ihrer Zusammensetzung oder Konsistenz nicht mit den Siedlungsabfällen entsorgt werden dürfen. Sie müssen separat gesammelt, aufbereitet und in eine nichtlösliche Form gebracht werden, bevor sie in speziellen Deponien endgelagert werden, falls sie nicht wiederverwertet werden. Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 17

18 Arbeitsauftrag 11: Richtig entsorgen, wie geht das? Arbeitsauftrag 12: Wir basteln eine Batteriesammelbox Arbeitsauftrag 13: Umgang mit Batterien & Akkus Interviews mit Passanten Arbeitsauftrag 14: Batterien & Akkus gehören zurück wir gestalten ein Flugblatt Recycling von Altbatterien aus Abfall wird Rohstoff Die Firma Batrec mit Sitz in Wimmis (BE) übernimmt in der Schweiz als einziger Verwertungsbetrieb die fachgerechte Entsorgung und Aufbereitung von Altbatterien. Mit einer Hightech- Batterie-Recycling-Anlage werden aus den separat gesammelten Batterien wertvolle Rohstoffe gewonnen, die dem Stoffkreislauf wieder zugeführt werden. Dadurch werden gleichzeitig Rohstoffquellen geschont. Batrec verfügt auch über Destillationsanlagen für quecksilberhaltige Abfälle und hat ein Verfahren für das Recycling von Lithiumbatterien entwickelt. Die Firma hat genügend Kapazitäten, welche es erlauben, die gesamte Menge an verbrauchten Batterien in der Schweiz zu rezyklieren. Dank innovativer Technologie ist es zudem möglich, gleichzeitig importierte Altbatterien aufzubereiten. Die in der Schweiz konsumierten Batterien & Akkus dürfen von wenigen Ausnahmen abgesehen seit 1991 nicht mehr ins Ausland zur Verbrennung oder Deponierung geliefert werden. Nach einer Triage der Altbatterien bei der Batrec, bei der Fremdstoffe sowie Blei- und Nickel/Cadmium-Systeme entfernt werden (diese beiden Typen werden in spezialisierten Anlagen im Ausland verwertet), werden in einem 5-stufigen Recyclingprozess die Wertstoffe zurückgewonnen. Zunächst werden bei Temperaturen von bis zu 750 Celsius mittels Pyrolyse Wasser und Quecksilber verdampft. Letzteres wird später nach einer weiteren Erhitzung in reiner Form auskondensiert. Aus dem Rest werden in einem Induktionsofen bei Temperaturen von 1500 Celsius Eisen, Mangan und Nickel herausgeschmolzen und das Zink wird in einem Kondensator zurückgewonnen. Am Schluss bleibt eine glasartige Schlacke übrig. Endprodukte aus dem Recyclingvorgang sind Ferromangan, Zink und Quecksilber (aus quecksilberhaltigen Altlasten, die Batrec zusätzlich importiert und rezykliert). Diese so genannten Sekundär-Rohstoffe werden der Industrie zugeführt: Ferromangan gelangt in Stahlwerke, wo es zum Beispiel zu Dolendeckeln verarbeitet werden kann. Das Zink wird in Verzinkereien verwendet und Quecksilber wird beispielsweise in Messgeräten wieder eingesetzt. Die anfallende glasartige Schlacke wird in Deponien abgelagert. Arbeitsauftrag 15: Batterierecycling aus Abfall wird Rohstoff Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 18

19 Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 19

20 Impressum Konzept, Realisation INOBAT Interessenorganisation Batterieentsorgung Postfach Bern 14 Tel und Praktischer Umweltschutz Schweiz Pusch Postfach Zürich Tel Mai 2008 Aus «Konsum und Abfall im Schulunterricht» - Ein Leitfaden für die Gestaltung des Unterrichts auf allen Stufen - Datenbank: 20