Batterieherstellung: Energiebedarf kann um zwei Drittel sinken
Die Produktion von Batterien frisst viel Energie, und die Nachfrage steigt. Trotzdem könnte der gesamte Energiebedarf künftig sinken, sagt eine Studie voraus.
(Bild: Lightboxx/Shutterstock.com)
Steigt die Nachfrage nach Batterien weiter wie bisher, müssten 2040 satte 130.000 Gigawattstunden jährlich für deren Produktion aufgewendet werden. Das entspricht ungefähr dem aktuellen Verbrauch von Norwegen oder Schweden. Doch durch technische Fortschritte ließen sich zwei Drittel dieser Energie einsparen. So verspricht es eine Studie, die das Fraunhofer FFB gemeinsam mit Forschungspartnern wie dem MEET in Nature veröffentlicht hat.
Für ihre Prognosen mussten die Forscher mit mehreren beweglichen Variablen hantieren – unter anderem die Entwicklung der Nachfrage, die Trends bei der Batterietechnologie sowie die Fortschritte bei den Herstellungsverfahren. Am unübersichtlichsten ist die Lage wohl bei der Zellchemie: Neben den derzeit gängigen Lithium-Ionen-Batterien (LIB) drängen zahlreiche andere Rezepturen jetzt beziehungsweise in absehbarer Zeit auf den Markt. Die Forscher haben sie unter dem Begriff "Post-Lithium-Batterien" (PLIB) zusammengefasst.
Die Frage der Energiebilanz
Welchen Anteil welche Batterietechnik am zukünftigen Markt haben wird, ist heute allerdings nur in groben Zügen abzusehen. Was man aber im gewissen Rahmen abschätzen kann, ist die jeweilige Energiebilanz bei der Herstellung – also wie viel Kilowattstunden dafür aufgewendet werden müssen, eine Kilowattstunde Speicherkapazität zu schaffen (kWhprod / kWhcell).
Der entscheidende Faktor für eine gute Energiebilanz, stellten die Forscher fest, ist die Energiedichte der fertigen Zelle. So haben etwa Festkörperzellen bezogen auf die Elektrodenfläche einen relativ großen Energiebedarf bei der Herstellung. Wegen ihrer hohen Energiedichte sind sie unter dem Strich aber trotzdem energieeffizienter zu produzieren als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Je höher ihr künftiger Marktanteil, desto besser also die Energiebilanz der ganzen Branche.
Bei Zellen mit relativ niedriger Energiedichte wie Lithium-Eisenphosphat oder Natrium-Ionen ist es hingegen umgekehrt. Diese seien deshalb möglicherweise "nicht so nachhaltig wie oft angepriesen", heißt es im Paper. Allerdings steht dieses Verdikt unter Vorbehalt: Die gesamte Studie erfasst nur die zur Zell-Herstellung in den Fabriken benötigte Energie – nicht die zum Abbau, zum Transport und zur Verarbeitung der Rohstoffe. Um diese zu ermitteln, sei noch mehr Forschung nötig, schreiben die Autoren. Möglicherweise ändert sich die Einschätzung also noch, denn Natrium ist (als Bestandteil von Kochsalz) deutlich einfacher zu gewinnen als Lithium.
Abhängig von Fortschritten bei der Fertigungstechnik
Wie auch immer die Energiebilanz und der Marktanteil der verschiedenen Batterietypen künftig aussehen mag – sie alle werden der Studie zufolge stark von Fortschritten bei der Fertigungstechnik profitieren. Den größten Einfluss haben demnach allgemeine technische Verbesserungen wie alternative Trocknungsverfahren oder neue Trockenraumkonzepte (31 bis 52 Prozent Energieeinsparung). Danach folgen der Einsatz von Wärmepumpen zur Erzeugung von Prozesswärme (11 bis 20 Prozent), generelle Lerneffekte (14 bis 26 Prozent) sowie Skalierungseffekte (8 bis 16 Prozent). Dadurch könnten sich die Energiebilanzen folgendermaßen verändern:
| kWhprod / kWhcell | aktuell | 2040 |
| Lithium-Ionen | 20,3 – 37,5 | 7,0 – 12,9 |
| Post-Lithium-Ionen | 10,6 – 23,0 | 3,5 – 7,9 |
Nimmt man die effizientere Herstellung und einen höheren Marktanteil von energiedichten Post-Lithium-Ionen-Batterien zusammen, könne der absolute Energiebedarf für die Zellproduktion trotz gestiegener Produktion um 62 bis 70 Prozent sinken, lautet das Fazit der Studie.
(grh)