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Forschende am Helmholtz-Instituts Ulm montieren Magnesiumbatterien unter Argon-Schutzgas. Sind diese Akkus die Nachfolger der Lithium-Ionen-Batterien?

Wohin führt der Weg?

Sie ist das Kernelement eines E-Autos und entscheidend für dessen Reichweite – die Rede ist von der Batterie. Was sind hier die neuesten Entwicklungen? Wo stehen europäische Zellforscher im Vergleich mit ihren asiatischen Kollegen? Wie unterstützt die deutsche Politik das Thema Batteriezellforschung? Flottenmanagement bringt Sie auf den aktuellen Stand und wirft zudem einen Blick voraus.

Anfang Januar sorgte eine Meldung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) für Aufmerksamkeit in der Branche. Demnach erhoffen sich die Wissenschaftler sowie ihre Kooperationspartner von Magnesiumbatterien einen Durchbruch in der Forschung. Von den Magnesiumbatterien erwarten sie mehr Leistung, weniger Kosten und eine höhere Sicherheit im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien. „Magnesium ist ein vielversprechendes Material und einer der wichtigsten Kandidaten unserer Post-Lithium- Strategie“, sagt Professor Maximilian Fichtner, der stellvertretende Leiter des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU). „Eine breite Verfügbarkeit von Magnesiumbatterien könnte die Elektrifizierung von Mobilität und den Ausbau dezentraler Heimspeicher entscheidend voranbringen.“ Insgesamt wird das Forschungsprojekt namens European Magnesium Interactive Battery Community (kurz: E-MAGIC) von der EU mit über 6,5 Millionen Euro finanziert und bündelt relevante Aktivitäten verschiedener europäischer Wissenschaftsinstitutionen. Um die Entwicklung des neuartigen Batterietyps zu beschleunigen, kooperiert das HIU im Forschungsprojekt nun mit weiteren wissenschaftlichen Institutionen auf dem Gebiet der Batterie- und Materialforschung.

Neben der größeren Sicherheit und Energiedichte könnte der Einstieg in die Magnesiumtechnologie bei der Batteriefertigung einen weiteren Vorteil mit sich bringen: Denn so würde man die Abhängigkeit von Lithium als Rohstoff verringern. Als Element ist Magnesium auf der Erde etwa 3.000 Mal so häufig vertreten wie Lithium und kann im Gegensatz dazu einfacher recycelt werden. Entsprechend wären Magnesiumbatterien auch günstiger als Lithium-Ionen- Batterien. Hinzu kommt: Falls Europa bei der Entwicklung zügig voranschreitet, könnten Magnesiumbatterien auch dabei helfen, die Dominanz der asiatischen Produzenten von Batteriezellen zu vermindern und eine konkurrenzfähige Batteriefertigung in Europa zu etablieren.

Asiatische Batteriehersteller (fast) ohne Konkurrenz
Dieses Unterfangen dürfte allerdings nicht ganz einfach werden. Denn die Konkurrenz aus Asien ist groß, zu den bekanntesten Firmen gehören die chinesische CATL (Contemporary Amperex Technology Co., die seit 2018 in Thüringen ihr erstes Werk außerhalb Chinas errichtet), LG Chem, Samsung SDI und SK Innovation aus Korea sowie GS Yuasa aus Japan. Gerard Reid von der auf Energie- und Technologiefirmen spezialisierten Beratung Alexa Capital geht nicht davon aus, „dass irgendjemand in Europa gegen die Asiaten konkurrieren kann“.

Diese Ansicht teilen viele deutsche Unternehmen – geht man zumindest nach den Aktivitäten rund um die Zellforschung. Denn diese fallen hierzulande eher gering aus. Zur Veranschaulichung: Bei einem E-Auto macht die Batterie rund ein Drittel der Wertschöpfung aus – das Kernelement der Batterie ist die Batteriezelle. So kann die Bedeutung in wirtschafts- und industriepolitischer Hinsicht in etwa erahnt werden. Die Europäische Kommission schätzt das Marktpotenzial für in Europa produzierte automobile Batterien bis Mitte des nächsten Jahrzehnts auf bis zu 250 Milliarden Euro ein. Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier sagte im November 2018 auf der „Vernetzungskonferenz Elektromobilität“, dass die Elektromobilität die Zukunft der Mobilität erheblich bestimmen wird. „Wir brauchen deshalb in Deutschland und Europa wettbewerbsfähige, innovative und umweltschonende Herstellungskapazitäten für Batteriezellen. Damit wollen wir Arbeitsplätze und Know-How langfristig sichern und eine Abhängigkeit unserer Hersteller von außereuropäischen Märkten verhindern“, so Altmaier. „Unser Ziel ist es, bis zum Jahre 2030 rund 30 Prozent der weltweiten Nachfrage nach Batteriezellen aus deutscher und europäischer Produktion zu beliefern“, sagt der Bundeswirtschaftsminister.

Zulieferer oder Autobauer?
Aber wer soll in Bezug auf die Zellforschung bei Batterien in Deutschland vorangehen? Diese Frage ist nicht eindeutig zu beantworten, letztlich würde wohl insbesondere das Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) jegliche Bewegung vonseiten deutscher Unternehmen begrüßen. Altmaier sagte zuletzt, dass er die Herstellung von Batterien für Elektroautos nicht unbedingt als Sache der Automobilhersteller sehe.

Zulieferer wie beispielsweise Bosch scheuen derzeit das Geschäft mit den kleinen Zellen. Denn nach Berechnungen des Stuttgarter Unternehmens wären rund 20 Milliarden Euro nötig, um gegen die Konkurrenz aus Asien mithalten zu können. Continental überlegt indes noch, ob man in die Zellfertigung einsteigt. Spätestens bis Mitte 2019 will sich der Zulieferer entschieden haben.

Das BMWi will daher nachhelfen und hat für den Haushalt 2019 die industrielle Fertigung von Batteriezellen für mobile und stationäre Energiespeicher als Schwerpunkt im sogenannten Energie- und Klimafonds (EKF) der Bundesregierung festgelegt. Bis 2022 wird bis zu eine Milliarde Euro bereitgestellt. Damit soll die technologische Kompetenz zur Batteriezelle am Standort Deutschland gebündelt und gestärkt und eine wettbewerbsfähige Produktion erstmalig etabliert werden.

Status quo
Bei den deutschen Autoherstellern ist seit kurzer Zeit durchaus ein Interesse am Thema Batteriezellen festzustellen. Zwar haben sich große Autobauer wie BMW, Daimler und VW in die (vorläufige) Abhängigkeit von asiatischen Batteriezellherstellern begeben, aber es gibt darüber hinaus zum Teil Bestrebungen, eigene Zellen zu entwickeln.

 So hat beispielsweise VW im vergangenen Sommer in den USA rund 100 Millionen Dollar (umgerechnet circa 87 Millionen Euro) in die Quantum- Scape Corporation investiert. Das Unternehmen forscht an Festkörperbatterien. 2025 sollen bereits Akkus in Serie produziert werden. Die Vorteile einer solchen Batterie: höhere Energiedichte, mehr Sicherheit, bessere Schnellladefähigkeit und – vor allem – ein deutlich niedrigerer Platzbedarf. Bei gleicher Größe eines aktuellen Batteriepakets sollen durch die Feststoffbatterie elektrische Reichweiten ermöglicht werden, die auf dem Niveau von konventionellen Antrieben liegen. Hinzu kommt, dass Festkörperakkus kein Feuer fangen können. Dr. Axel Heinrich, Leiter der Volkswagen Konzernforschung, geht gar davon aus, dass „die Feststoffbatterie eine Wende bei der Elektromobilität markieren wird“. Forscher wie Professor Maximilian Fichtner haben hier allerdings noch gewisse Zweifel.

Audis Gesamtbetriebsratschef Peter Mosch kündigte indes an, dass die Ingolstädter künftig in Deutschland eigene Batterien für Elektroautos herstellen werden. „Es ist fünf vor zwölf, Zögern ist ein absolutes No-Go“, so Mosch. Und Stefan Juraschek, Leiter Entwicklung Electric-Powertrain bei der BMW Group, sagt: „Wir beschäftigen uns bereits seit 2008 mit der Batteriezelle und sind unter anderem mit einem internationalen Netzwerk an Kooperationen gut aufgestellt. Für uns gilt, dass wir unsere Inhouse-Kompetenz weiter ausbauen und die Batteriezelltechnologie weiter vorantreiben. Zudem befähigt uns der Aufbau von Batteriezell-Prototypen und Kleinserien, die Produktionsprozesse vollständig zu analysieren und eine sogenannte ‚Build-to-Print Kompetenz‘ aufzubauen.“

Daimler hat hingegen bereits 2015 seine eigene Produktion von Batteriezellen im sächsischen Kamenz eingestellt – aufgrund mangelnder Rentabilität. Gerüchten zufolge könnte der Konzern aber künftig mit BMW bei der Fertigung von Batterien zusammenarbeiten, auch wenn Daimler-Vorstand Dieter Zetsche erst vor einiger Zeit eine eigene Zellproduktion ausgeschlossen hatte.

Kurzum, noch fehlt es in Deutschland vielfach an Mut. Tesla hat es in den USA vorgemacht und eine eigene sogenannte Gigafactory gebaut. „Elon (Anm. d. Red.: Musk, Tesla-CEO) zwingt dich dazu, anders zu denken“, sagt Chris Lister, Chef von Teslas Gigafactory, in einem Handelsblatt-Interview. „Du hast nicht den Luxus von Zeit.“ Diesen Luxus haben sich deutsche Hersteller lange gegönnt. Zu lange?

Blick in die Zukunft
Immerhin: Die üppigen Geldtöpfe, die der Staat für die Batterieforschung bereitstellt, scheinen für die deutsche Industrie ein Lockmittel zu sein. Peter Altmaier sagte gegenüber dem Handelsblatt, er sei überzeugt, „dass noch in diesem Quartal (Stand Januar 2019) zwei Konsortien stehen können, die eine Batteriezellenfertigung aufnehmen werden“. Die Wirtschafts- und Finanzzeitung nennt als mögliche Teilnehmer eines solchen Konsortiums VW, den Batteriehersteller Varta, den Chemiekonzern BASF und den Autobauer Ford. Ebenfalls gibt es Gerüchte um ein Bündnis von BMW, dem belgischen Rohstoffunternehmen Umicore und dem Batteriezellen-Start-up Northvolt. Ein weiterer Kandidat sei ein Konsortium um den französischen Batteriespezialisten Saft. Helfen könnte auch Siemens. So schwebt die Idee im Raum, dass der Technologiekonzern die neuen Batteriefabriken mit seiner Automatisierungssoftware ausstattet.

Daneben will der Bund auch in eine Forschungsfabrik bis 600 Millionen Euro investieren. Hier sollen rund 200 Personen neue Batteriezellenformate entwickeln und produzieren. Mehr als ein halbes Dutzend Bundesländer haben sich bereits für die Einrichtung beworben – Ergebnis noch offen, ostdeutsche Standorte könnten hier aufgrund des geplanten Braunkohleausstiegs im Vorteil sein. Gemäß Altmaier gehe es um mehrere Standorte, auch grenzüberschreitende Kooperationen mit Polen, Frankreich oder Österreich seien denkbar. Als Vorbild hierfür gilt Airbus.

Die entscheidende Frage lautet, ob die oben erwähnten Zuschüsse ausreichen, um den Rückstand gegenüber der asiatischen Konkurrenz und Tesla aufzuholen. „Wir sind (...) der Meinung, dass es sehr schwer, wenn nicht sogar unmöglich ist, jetzt eine reine europäische Batteriezellen- Industrie aufzuziehen”, sagt Tobias Schmidt, Professor für Energiepolitik an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) im Gespräch mit dem Branchenportal PV Magazine. Ob dem wirklich so ist, wird die Zukunft zeigen. Gerade im Bereich der Batterieforschung sind Prognosen schwer zu treffen. Klar ist aber, sollte sich die deutsche Automobilindustrie nicht schnell aus der Abhängigkeit von den asiatischen Zellenherstellern befreien, könnte dies weitreichende Folgen haben. Schätzungen zufolge stünden 600.000 Jobs auf dem Spiel. So klingt der Satz von BMWBetriebsratschef Manfred Schoch gegenüber dem Manager Magazin fast wie Musik in den Ohren für die Autobranche: „Heute verdienen wir viel Geld mit unseren Motoren; demnächst könnten wir dieses Geld mit Batterien einspielen.“ Dafür muss allerdings noch einiges getan werden ...

Technische Zukunft
Werfen wir abschließend noch einen Blick auf die technische Zukunft der Akkus. Denn klar ist: Lithium, bisher hauptsächlich eingesetzt für die Batterien der E-Autos, ist begrenzt, bei wachsendem Verbrauch könnte es schon im Jahr 2050 knapp werden. Diverse Forscher tüfteln daher an neuen Lösungen. Neben der erwähnten Magnesiumbatterie und dem Feststoffakku arbeitet das US-amerikanische Unternehmen EnZinc an einer speziellen Nickel-Zink-Batterie. Vor 2025 ist aber bei keiner der drei genannten Varianten mit der Marktreife zu rechnen. Sollte die Feststoffbatterie sich künftig durchsetzen, macht Diego Pavia, Chef des Energieunternehmens InnoEnergy und Northvolt- Finanzier, Europa Hoffnung: „Jeder entwickelt Feststoffzell-Batterien, deshalb wird der Abstand (Anm. d. Redaktion: zu den asiatischen Unternehmen) kleiner und kleiner.“

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