Europa auf dem Weg zur eigenen Batteriefertigung

Die über hundertjährige Ära der Verbrennungsmotoren geht langsam zu Ende – im Jahre 2020 keine ganz neue Erkenntnis mehr. Der Elektroantrieb verspricht etliche Vorteile bis hin zu einer emissionsarmen Zukunft des Autoverkehrs. Die Elektrobatterie als Energiespeicher ist dabei eine der wichtigsten, aber auch am stärksten umkämpften Komponenten in zukünftigen Fahrzeugen.

Asiatische Unternehmen, allen voran LG Chem, CATL, BYD und Panasonic sowie das amerikanische Automobilunternehmen TESLA dominieren mit über 85% Marktanteil den wichtigen Sektor der Batterieproduktion. Auf die Batterie in einem Elektrofahrzeug entfallen etwa 40% der Gesamtkosten. Das heißt, dass ein bedeutender Teil der Wertschöpfung eines Elektrofahrzeuges in der Batterie stecken. Wer diese Fertigung dominiert, kann bei den Automobilherstellern maßgeblichen Einfluss nehmen auf die Entwicklung neuer Elektrofahrzeuge und damit Tausender von Arbeitsplätzen.

Diese Abhängigkeit wurde von der Europäischen Kommission erkannt. Im Jahre 2018 entstand die Europäische Batterieallianz (EBA) mit über 400 Partnern aus ganz Europa, um mittelfristig eine europäische Fertigungskette von den Rohstoffen bis zu der Endmontage zu realisieren. Durch milliardenschwere Förderung soll in möglichst kurzer Zeit der Rückstand bei der Batterietechnologie aufgeholt werden. Ziel ist es, durch einen gesicherte Zugang zu kritischen Rohstoffen und einer stark verbesserten Generation neuer Lithiumionen-Batterien den asiatischen und amerikanischen Anbietern Paroli bieten zu können.

Neben tatsächlichen Erfolgen der Zusammenarbeit vor allem auf wissenschaftlicher Ebene muß man eingestehen, dass anders wie die Unternehmen der EBA großen Unternehmen wie Farasis Energy oder Samsung SDI bereits Gigafactories bauen oder schon in Betrieb genommen haben. Doch die Hoffnung europäischer Batteriehersteller ruht auf dem Umstand, dass die Batterietechnologie noch erhebliches Verbesserungspotential birgt und Europa im weltweiten Wettrennen um die nächste Batteriegeneration die Nase vorne haben wird.

Eine wichtige Hürde bei den Zielen der Europäischen Kommission und der europäischen Industrie ist der Umstand, dass wichtige Rohstoffe wie Lithium, Kobalt und Nickel überwiegend ausserhalb Europas abgebaut werden. Bei Lithium und seinen Salzen liegt China mit über 50% der weltweiten Kapazität zur Aufbereitung und Veredelung weit vorne an. Die Folgen von solch einer monopolhaften Position wurde bereits mehrfach spürbar. Bekanntestes Beispiel sind die Selten Erden, die u.a. für sehr leistungsfähige Dauermagnete benötigt werden (Elektromotoren).

Während also die europäischen Unternehmen noch nach möglichen Industriepartnern suchen, sich Forschungsstätten auf die Entwicklung von neuer Zellchemie konzentrieren und Automobilhersteller immer neue Kooperationen mit asiatischen Partnern schmieden, werden europaweit bereits Gigafactorys asiatischer Hersteller hochgezogen.

Neben einer 3,2 Milliarden Euro schweren Förderungen der EU für Konsortien aus z.B. PSA, Northvolt, BASF, BMW, Umicore, Varta und TerraE/Akasol hat auch die Bundesregierung Deutschlands eine weitere Milliarde Euro Förderung vergeben, um schnellstmöglich die heimische Elektrofahrzeug-Industrie unabhängiger zu machen von asiatischen Batterieimporten. Doch während die großen Automobilisten BMW, Mercedes, Audi und VW noch planen, in den kommenden Jahren zusammen mit ihren Zulieferern bis zu 120 Milliarden Euro in die Entwicklung eigener Forschungs- und Fertigungskapazität zu stecken, hat TESLA bereits begonnen, seine Gigafactory nahe Berlin zu bauen. Sie wird eine maximale Kapazität von 10.000 Fahrzeugen in der Woche haben.

Auch die stetig sinkende Grenze des erlaubten Flottenausstoßes an CO2 drängt die Hersteller immer stärker, die Elektromobilität voran zu bringen. So verwundert es nicht, dass BMW-Chef Zirpse Ende 2019 das Ziel bestätigte, bis 2021 ein Viertel der BMW-Flotte zu elektrifizieren. Bislang jedoch überwiegend mit Zellen aus Asien.

Recycling und europäischer Rohstoff-Abbau

Auf Batteriezellen-Ebene ist der werthaltigste Bestandteil die Kathode. Während Tesla mit dem Rohstofflieferanten Glencore zusammen arbeitet, hat die in Ludwigshafen ansässige BASF über die vergangenen Jahre intensiv an einem neuen Kathodenmaterial gearbeitet. Fast 100 Millionen Euro hat sich der Chemiekonzern die Entwicklung neuer Batteriechemien (HED™; NCM und NCA) kosten lassen. Die zusammen mit Argonne National Laboratory (ANL) hergestellte und vertriebene Nickel-Kobalt-Mangan (NCM) Technologie verspricht hohe Energiedichte bei höherer Verfügbarkeit der verwendeten Materialien. Die für die Fertigung notwendigen Metalle Nickel und Kobalt werden von Nornickel in Harjavalta (Finnland) geliefert. Damit vermeidet die BASF die Nutzung von Kobalt aus dem problematischen Bergbau im Kongo. Man möchte auf diese Weise möglichst nachhaltig und lokal produzieren. Zusammen mit dem Kathodenmaterial-Werk in Schwarzheide strebt man bis 2022 eine Kapazität für 400.000 Fahrzeuge jährlich an.

Das schwedische Unternehmen Northvolt plant bis 2021 eine Batteriefertigung in Skelleftea zu eröffnen. Neben anderen Unternehmen hat VW sich an dem Unternehmen mit 20% beteiligt. Northvolt will alle Komponenten einer Zelle im eigenen Werk fertigen. Auch Polen wird immer wichtiger als Standort für die Batteriefertigung. Der Materialspezialist Johnson Matthey plant, im polnischen Konin 2022 ein Werk für Hochleistungs-Lithium-Nickeloxyd Kathodenmaterial zu eröffnen. Ziel ist auch hier, den Asiatischen Vorsprung in der Batterienfertigung aufzuholen.

Umicore, ein belgischer Material- und Recyclingspezialist, betreibt die derzeit einzige Aufbereitungsanlage für automobile Altbatterien in Europa. Auch Umicore plant, eine Kathodenmaterial-Produktion in Polen zu eröffnen. Dabei sollen zukünftig auch recycelte Ausgangsstoffe die Materialkosten signifikant senken und die Abhängigkeit von Rohstofflieferanten reduziert werden.

Während in Frankreich die Total-Tochter Saft eine Kooperation mit dem Automobilkonzern PSA sucht, um in den Markt der Lithium-Ionen Batterien für Kraftfahrzeuge einzusteigen, hinkt die Britische Batterieindustrie der Entwicklung hinterher. Doch die Faraday Battery Challange Organisation (eine mit über 300 Millionen Euro staatlich unterstützte Einrichtung zur Förderung der Batterieforschung) drängt darauf, dass auch in Großbritannien so bald als möglich eine Gigafactory entsteht. Langfristig fürchtet man ansonsten eine Abwanderung der Automobilindustrie. Insbesondere, da auch England plant, ab 2040 keine neuen mit Diesel oder Benzin angetriebene Fahrzeuge mehr zuzulassen. Das Start-Up Britishvolt ist einer der Unternehmen, die diese Herausforderung annimmt. Noch geht es eher um die Finanzierung, doch mittelfristig will man eine Gigafactory mit bis zu 30 GWh Kapazität aufbauen. Um das Finanzierungsrisiko zu verringern, plant man eine Zusammenarbeit mit AMTE Power, einem Britischen Unternehmen, das 2013 gegründet wurde. AMTE betreibt bereits eine kleinere Lithium-Ionen-Batterieproduktion.

Doch noch sind dies erst Ansätze und beide Firmen brauchen massive Unterstützung von staatlicher Seite und Investoren, die bereit sind, viele Millionen von Euro zu investieren. Die Vorteile klingen vernünftig, denn eine lokale Produktion erhöht den Wertschöpfungsgrad, reduziert Abhängigkeiten und verbessert die Supply-Chain. Das sieht auch der Chef des weltweit größten Natrium-Ionen Batterieherstellers Faradion. Dessen Batterien haben eine besonders hohe thermische Sicherheit (Thermal Runaway) und verwenden weitaus leichter verfügbare Chemikalien für den Batterieaufbau.

In Deutschland ist das Karlsteiner Unternehmen BMZ (TerraE) eines der bekanntesten Batteriewerke, das bereits in Serie Fahrzeugbatterien liefert. Die ehrgeizigen Pläne sehen einen massiven kurzfristigen Ausbau der Fertigungskapazitäten bis zu 30 GWh vor. Dabei hat sich das BMZ jedoch nicht nur auf Fahrzeugbatterien spezialisiert, sondern ist auch ein bedeutender Lieferant von High-Tech Batterien für viele andere Bereiche. Ähnlich verhält sich das bei Liacon, einem Unternehmen, dass Batteriezellen auch selbst herstellt. Das nahe Dresden gelegene Unternehmen wurde 2014 gegründet und bietet Assemblingkapazitäten von Batteriezellen bis zu 0,35 GWh an). Erheblich größer aufgestellt ist das Unternehmen Leclanché im badischen Willstät. In dem ehemaligen Werk für Tonbänder der Firma BASF besteht eine Fertigungskapazität für LiFePo-Akkus von 1 GWh (bis zu 2,5 GWh geplant) zur Verfügung.

Doch trotz aller Anstrengungen wird der Zuwachs an Produktionskapazität die nächsten Jahre vor allem durch asiatische Unternehmen und Tesla vorangetrieben werden. Europäische Produzenten setzen daher auf eine hoch effiziente, kostengünstigere Fertigung, lokale Rohstoffgewinnung und -verarbeitung sowie zunehmend auf das Recycling. Denn Lithium-Ionen-Batterien am Ende ihrer Betriebszeit sind wahre Rohstoffquellen. Zwar ist bislang der Recyclingprozess weder bei Umicore noch bei Northvolt kostendeckend. Doch man erwartet mit zunehmender Prozesserfahrung, einer schon bei der Konstruktion auf Reyclingfähigkeit getrimmten Bauweise und verschärften Regeln der Europäischen Union im Umgang mit gebrauchten Batterien, dass diese Rentabilität bereits in wenigen Jahren erreicht ist. Wegen der besonders hohen Dichte an Elektrofahrzeugen in Schweden und Norwegen hat Northvolt den Vorteil, bereits jetzt seine Batterieproduktion mit zurückgewonnenen Rohstoffen aus dem Recycling versorgen zu können.

Um diesen Vorteil nutzen zu können, wird 2020 eine erste Pilotanlage in Vesteras installiert, an der man Erfahrungen sammeln will für eine große Recyclinganlage. Sie werden einfließen in eine industrielle Anlage bei Nothvolts Gigafactory in Skelleftea.

Währenddessen demontiert und recycelt das junge Start-Up Unternehmen Duesenfeld in der Nähe des VW-Batteriewerks in Braunschweig bereits in kleinem Stil. Doch auch die BASF will im Geschäft des Batterierecyclings mitspiele und so bilden sich gerade europaweit Initiativen und Kooperationen heraus, die den Afterlife-Market für Lithium-Ionenbatterien im Blick haben.

Allerdings muß man bedenken, dass heutige Lithiumbatterien in Verbindung mit ihrer Second-Life Verwendung als Pufferbatterien in großen Energiespeichern durchaus eine Lebenszeit von 15-20 Jahren haben können. Eine große Anzahl Altbatterien mit dem entsprechenden Rückfluss von Rohstoffen wie Nickelsulfat, Kobaltsulfat, Manga, Aluminium und Kupfer wird es erst in einigen Jahren geben.

Um dennoch die Abhängigkeit von den wenigen außereuropäischen Lieferanten bereits jetzt zu reduzieren, plant das Minenunternehmen Keliber Oy in Finnland bis 2024 die Eröffnung einer eigenen Lithium-Mine. Savannah Resources (Mina de Barrosa), ein weiteres Minenunternehmen, plant mit Unterstützung der Europäischen Kommission im Norden Portugals den Lithiumabbau voran zu treiben. Auch die Infinity Lithium Corp. in Spanien wird den Abbau und das Refining von Lithiumerz für den europäischen Batteriemarkt ausweiten.

Währenddessen sind einige europäische Rohstoffspezialisten bereits dabei, die Aufbereitungskapazitäten für Lithiumhydroxyd aufzustocken. Denn auch dieser Verfahrensschritt des Refinings wird bislang massiv von ausländischen Unternehmen dominiert.

Dass der Gedanke, Altbatterien als Rohstoffquelle zu nutzen, sehr wohl Sinn macht, zeigen asiatische Vorbilder wie Nissan oder Toyota.

Die reine Kopie der bestehende Batterietechnologie und der Art der Produktion bei den weltweit großen Herstellern macht für Europas Batterieindustrie keinen Sinn. Die Europäischen Staaten fördern massiv Forschung und Entwicklung neuer Batterietechnologie, die dann von der Industrie umgesetzt werden kann in innovative Batterieprodukte. Eines der wichtigsten Argumente für die Käufer von umweltfreundlichen Fahrzeugen kann dabei sein, dass Europas Batterieproduktion von Anfang an auf Nachhaltigkeit fokussiert ist. Erneuerbarer Strom, Recycling statt immer neuem Abbau und optimale, ressourcenschonende Fertigungsverfahren haben das Potential, Europas Rückstand bis zum Ende dieses Jahrzehnts auszugleichen.