Der Kampf um die Batterie

DIE EUROPÄISCHE KOMMISSION WILL EINE STARKE BATTERIEINDUSTRIE AUFBAUEN, DIE MIT ASIEN KONKURRIEREN KANN, ABER IST SIE ZU SPÄT INS SPIEL GEKOMMEN?

Bis 2020 wird China mehr als 70% der von Autos angetriebenen Lithium-Ionen-Batterien produzieren. Europa wehrt sich und hofft, bis 2026 20 Gigafactories zu bauen.

Von Ben McCluskey, The Technologist

Seit ihrem Erscheinen auf dem Verbrauchermarkt im Jahr 1991 sind Lithium-Ionen-Batterien in Telefonen, Laptops und sogar E-Zigaretten allgegenwärtig. Mit dem Aufkommen von Elektroautos – 2017 erstmals mehr als 1 Million Autos weltweit verkauft – steigt die Nachfrage nach Lithiumionen dramatisch an. Fabrice Stassin von Umicore, einem multinationalen Unternehmen der Materialtechnologie, prognostiziert: „Bis 2025 könnte das Marktsegment Transport 80% des zukünftigen Bedarfs an Li-Ionen ausmachen.”

Die Position Europas auf dem Automobilmarkt wird durch den Übergang zur Elektromobilität ernsthaft auf die Probe gestellt. Batterien machen 40% des Autowertes aus, aber die Produktion wird von Asien dominiert. Der globale Marktanteil Chinas wird bis 2020 voraussichtlich 70% erreichen.

Europa hingegen verfügt nicht einmal über eine eigene Batterie produzierende Industrie. „Die Sicherheit in den Lieferketten kann eine Herausforderung sein, wenn sich die Rohstoff- und Batterieproduktion in anderen Teilen der Welt befindet”, sagt Tejs Vegge vom Department of Energy Conversion and Storage (DTU Energy) der Technischen Universität Dänemark.

Mehr über die Forschung an Lithium-Batterien erfahren Sie hier.

Als Reaktion darauf hofft die Europäische Kommission, im Rahmen einer Initiative namens European Battery Alliance eine starke und nachhaltige Batterieindustrie aufzubauen. Ziel der Allianz ist es, einen Rahmen zu schaffen, der einen sicheren Zugang zu Rohstoffen, die Unterstützung technologischer Innovationen und einheitliche Regeln für die Batterieproduktion umfasst. Der EU-Forschungsfonds Horizon 2020 sieht 200 Mio. EUR für Batterieprojekte vor. Darüber hinaus stehen 800 Mio. EUR für die Finanzierung von Demonstrationsanlagen zur Verfügung. Auch ärmere Gebiete können auf den Fonds für regionale Entwicklung (22 Milliarden Dollar) zurückgreifen. Und der Europäische Strategische Investitionsfonds steht zur Verfügung, um die Milliarden Euro zu kofinanzieren, die für den Bau von Äquivalenten aus Teslas groß angelegter Batteriezellenproduktion in Nevada benötigt werden, die vom Gründer Elon Musk als “gigafactory” bezeichnet wird.

Lithium-Lagerstätte, Portugal. Mit einem Anteil von mehr als 2 % an den weltweiten Lagerstätten könnten die Ressourcen in Portugal eine bedeutende Versorgung Europas mit Lithium sicherstellen.

DER ANSTIEG DER GIGAFACTORIES

Das Ziel der EU ist es, zwischen 10 und 20 Gigafactories zu schaffen. Der Automobilhersteller Daimler plant zwei im eigenen Land, Deutschland, das auch führend beim Bau der ersten europäischen Giga-Fabrik von Tesla ist. Wenn die EU dieses Ziel erreicht, würde Europa bis 2026 etwa 15% der weltweiten Produktionskapazität ausmachen.

In einigen Ländern sind bereits Fortschritte zu verzeichnen. Das polnische Werk von LG Chem, das 2018 eröffnet wurde, erhöht seine Produktionsziele um das Siebenfache. Die schwedische Northvolt plant 4,13 Milliarden Euro für ein skandinavisches Werk ein und das deutsche Unternehmen TerraE hat zwei Werke in Deutschland angekündigt.

Umicore geht eine Technologieallianz mit BMW und Northvolt ein. Stassin erklärt: „Die Allianz hat Ambitionen für die Entwicklung von aktiven Materialien, die Verwendung von Rohstoffen aus dem Recycling, die Vergrößerung von Batteriezellen, das Design von Zellen und Verpackungen und schließlich die Sammlung, Demontage und das Recycling, wobei der Schwerpunkt auf der Steigerung der Nachhaltigkeit der Batterie-Wertschöpfungskette liegt.”

Lithium-Ionen-Batterien bestehen aus zwei Schichten: Eine Schicht besteht aus Lithium-Kobaltoxid und die andere aus Grafit. Wenn sich Lithiumionen von der Grafitschicht zur Lithium-Kobaltoxidschicht bewegen, wird Energie freigesetzt. Beim Laden einer Batterie werden die Ionen einfach in die andere Richtung verschoben.

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Aber es ist nicht einfach, die Batterieproduktion von Anfang bis Ende zu skalieren. Asien hat hart daran gearbeitet, den Fluss der benötigten seltenen Rohstoffe (Kobalt und Lithium) aus Afrika und Australien so weit wie möglich zu kontrollieren.

EINE WACHSENDE MINERALÖLKRISE

Der nächste Schritt ist die Suche nach Alternativen für den Import von Komponenten und Rohstoffen. Im Mai 2018 wurde in Portugal eine riesige Lithium-Lagerstätte ausgehoben. Mindestens 14 Millionen Tonnen des wertvollen Elements würden sich um die Mina do Barroso im Bezirk Vila Real befinden, und die Minengesellschaften stehen Schlange, um diese riesige Ressource zu nutzen.

„Mit mehr als 2% der globalen Lagerstätten könnten Portugals Ressourcen eine bedeutende Versorgung Europas mit Lithium gewährleisten”, sagt Vegge. Aber auf lange Sicht ist das nicht gut genug, sagt er. „Wenn Sie den Quantensprung einer langlebigen Batterie benötigen, die für die Terawatt-Herausforderung vollständig skalierbar ist, können wir uns nicht auf die Materialien verlassen, die wir heute verwenden.”

IST EUROPA ZU SPÄT?

Aber wie versucht Europa seinen Marktanteil in einer Li-Ionen-Industrie zu maximieren, die angesichts neuer Technologien schrumpfen wird? Die Antwort ist die Vision der EU Battery 2030+, die darauf abzielt, Europa einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen, indem sie den gesamten Produktionsprozess für Batteriematerialien und -technologien unterbricht.

Die Arbeit von Vegge an der Battery Interface Genome – Material Acceleration Platform (BIG-MAP) ist ein wichtiger Bestandteil dieser langfristigen Vision. Mit künstlicher Intelligenz findet sie die optimalen Materialien – vom Aluminium-Schwefel bis zum Lithium-Sauerstoff und darüber hinaus – und entwickelt daraus die Materialkonzepte für zukünftige Batterieanwendungen. „Im Prinzip kombiniert BIG-MAP das Verständnis der grundlegenden Chemie und Physik hinter den Batterien mit unserer Fähigkeit, die Produktion zu beschleunigen”, erklärt er. „Die künstliche Intelligenz bestimmt, welche Experimente durchgeführt werden sollen, wie Materialien zusammengeführt werden sollen und wie die dabei entstehenden Daten direkt charakterisiert werden können.”

Der Erfolg einer solchen Strategie wird entscheidend sein, um Europa dabei zu unterstützen, die Entdeckung umweltfreundlicherer Batterietechnologien zu beschleunigen. Die Forscher nutzen die gleiche Technologie, mit der auch in einer Google-App nach einem Verständnis gesucht wird, um nun den besten Weg zu finden, bestimmte Arten von Material zusammenzubringen. „Wir können die letzten 100 Jahre der veröffentlichten wissenschaftlichen Artikel durchgehen und nach den besten Optionen für die Herstellung dieser Art von Materialien suchen”, sagt Vegge. Die Geschwindigkeit ist der Schlüssel. Asien mag dem Markt weit voraus sein, aber das langsame Tempo der Batterieinnovation – die Technologie hat sich in 27 Jahren kaum verändert – kann den Europäern helfen.

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Dieser Artikel wurde erstmals auf der Website von ‘The Technologist’ veröffentlicht und mit Genehmigung wieder veröffentlicht.