Wärmepumpen und neuartige Trocknungsverfahren können den globalen Energiebedarf der Batteriezellproduktion um 66 Prozent senken. Das fand ein Team der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB) heraus. Die Produktion von Batterien kostet Energie. Um den Batteriezellbedarf im Jahr 2040 zu decken, verbrauchen die Zellfabriken weltweit voraussichtlich 130.000 Gigawattstunden – das sei vergleichbar mit dem Stromverbrauch von Schweden oder Norwegen.
Nach heutigem Stand der Technik werden pro Kilowattstunde Batteriespeicherkapazität zwischen 20 und 40 Kilowattstunden Energie in der Zellproduktion verbraucht. Wobei besonders moderne NMC900 Zellen mit Silizium Anode am energiesparendsten zu produzieren sind. Bei solchen Zelltypen müssen Hersteller etwa 20 Kilowattstunden pro Kilowattstunde Speicherkapazität investieren. Am ineffizientesten sind die aktuell am meisten nachgefragten Lithium-Eisenphosphat-Zellen. Bei Ihnen werden in der Produktion im Schnitt 37 Kilowattstunden pro Kilowattstunden Speicherkapazität verbraucht.
Bei allen Zelltypen sind es die gleichen Prozesse, die besonders viel Energie verbrauchen. So sind das Beschichten und das Trocknen der Anoden und der Kathoden besonders energieintensiv. Auch die Formierung, bei der die Zellen einige Male be- und entladen werden, um sie chemisch zu stabilisieren und danach in zu sortieren, schlägt kräftig zu Buche. Zudem benötigen die Fertigungsstätten Trockenräume, die auf 40 Grad Celsius gehalten werden müssen. Auch hierfür wird viel Energie benötigt.
Durch den Einsatz von Wärmepumpen, neue Trocknungstechnologien, Trockenraumkonzepte, sowie durch Lern und Skaleneffekte können bis 2040 etwa 66 Prozent des Energiebedarfs eingespart werden. Die Produktion einer Kilowattstunde an Lithium-Eisenphosphat-Zellen soll der Studie zufolge im Jahr 2040 nur noch 12,9 Kilowattstunden Energie kosten – wobei die Spanne zwischen 8 und 20 Kilowattstunden liegt.
Feststoffbatterien verbrauchen in der Produktion deutlich weniger Energie als heutige Zelltypen. Polymer-basierte Feststoffbatterien werden voraussichtlich 10,6 Kilowattstunden pro Kilowattstunde Speicherkapazität verbrauchen. Auch bei Lithium-Sulfat- und Lithium-Luft-Batterien zeichnen sich Vorteile ab. Sie werden in der Produktion voraussichtlich zwischen 13 und 20 Kilowattstunden pro Kilowattstunden Speicherkapazität verbrauchen.
„Neben exzellenter Performanz und weitestgehender Recyclingfähigkeit werden die Energieeffizienz und die damit zusammenhängenden Kosten – sowohl für den Zusammenbau als auch für den Betrieb von Batteriezellen – in Zukunft immer mehr die Technologiewahl mitbestimmen, gerade auch für Batterien jenseits der Lithium-Ionen-Technologie“, sagt Professor Martin Winter, wissenschaftlicher Leiter des MEET Batterieforschungszentrums der Universität Münster und Direktor des Helmholtz-Instituts Münster des Forschungszentrums Jülich.
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Anstatt der 130.000 Gigawattstunden werden 2040 der Einschätzung der Forscher nach, nur noch 44.600 Gigawattstunden verbraucht. Die Absenkung entspräche somit dem jährlichen Stromverbrauch von Finnland. Damit diese Absenkung erreicht werden kann, sind jedoch noch weitere Anstrengung im Bereich Forschung und Entwicklung von Fertigungsprozessen notwendig.
Das Forscherteam bestand aus Florian Degen, von der Fraunhofer-Einrichtungen Forschungsfertigung Batteriezelle, Professor Martin Winter vom Münster Electrochemical Energy Technology, der Universität Münster und dem Helmholtz-Institut Münster, Professor Jens Tübke vom Fraunhofer FFB und dem Karlsruher Institut für Technologie, sowie Professor David Bending von der Universität Münster. Das Team analysierte, den Energieverbrauch der Produktion von Batteriezellen. Dazu wurde zwischen Lithium-Ionen-Batterien und eventuellen Nachfolger-Technologien unterschieden. Die Ergebnisse des Teams wurden in dem wissenschaftlichen Fachjournal Nature Energy veröffentlicht.
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Die Maßeinheit „Schweden“ ist neu für Strommengen. Sie ist genauso sinnlos, wie die Maßeinheit „Saarland“ oder „Fußballplatz“ für Flächen. Schon deshalb, weil Schweden nicht daran denkt, sich in Zukunft ausschließlich der Batterieproduktion zu widmen. Ich habe hier von einem Kommentator in polemischer Absicht auch schon den Vergleich gelesen, man müsse ganz Brandenburg mit Photovoltaik belegen, um den deutschen Bedarf an Solarstrom zu befriedigen. Bloß weil Brandenburg zufällig 8% der Fläche Deutschlands hat. Dabei würden im Übrigen 4% reichen, und davon die Hälfte auf bereits versiegelten Flächen wie Dächern – die Polemik war also in mehrfacher Hinsicht daneben.
Glücklicherweise ist in dem Artikel auch die viel wichtigere Zahl genannt: bis zu 40kWh Energieaufwand, um eine kWh Speicherkapazität zu produzieren. Mir erscheint das wenig. Bei 5000 Lade-Entladezyklen, wäre das so um 1% der umgesetzten kWh. Im Vergleich zu den in der Fossil-Industrie üblichen Verlusten ein verschwindend kleiner Anteil. Beim Steinkohleabbau beispielsweise wird 10% der Energie gebraucht, um die Schächte so zu vereisen, dass kein Grundwasser in das Bergwerk eindringt. Im Kohlekraftwerk gehen 10% der Energie für die Rauchgasreinigung drauf, beim Flüssiggas gehen auch etwa 10% des Energieinhalts für Verflüssigung und Regasifizierung drauf. Die Liste ließe sich endlos fortsetzen, genauso auch für erneuerbar erzeugte kW-Stunden. Genauso klar ist, dass jeder, der Geld ausgibt, wofür auch immer, also auch als Batterieproduzent, sich überlegen sollte, ob es dem Klima nützt, neutral ist, oder sogar schadet.
Es wäre aber falsch, den spezifischen Energieverbrauch für die Produktion isoliert als Kriterium für die Auswahl einer Batterietechnologie heranzuziehen. Da sind andere Kriterien wie Verfügbarkeit und Seltenheit von Rohstoffen, spezielle Eigenschaften der Technologie wie Leistungsgewicht, Sicherheitsprofil, Verhältnis von Kapazität zu Leistung wichtiger.