Lithium-Ionen-Zellen aus Deutschland Das Ende der Abhängigkeit

Schon seit Jahren fordern führende deutsche Industrievertreter, dass die Zellen von Lithium-Ionen-Batterien hierzulande produziert werden. Als entscheidender Schritt dahin ist nun ein Konsortium gegründet worden, das eine Strategie für den Aufbau von mehreren «Gigafactories» entwickeln wird.

Die Umstellung der Mobilität von Verbrennungsmotoren auf Elektroantrieb ist ein so gigantisches Projekt der deutschen Industrie, dass man bei den kritischsten Bauelementen nicht von Fernost abhängig sein darf. Für die Zellen hat bislang eine Großproduktion gefehlt. Nun soll sie kommen.

Bei den übrigen Gliedern der Wertschöpfungskette ist die hiesige Batterieindustrie bereits sehr gut aufgestellt. Die Grundlagenforschung gehört mit zur Weltspitze. Hersteller von Batteriesystemen gibt es immer mehr [1]: Sie kaufen die nackten Zellen in Fernost und kreieren daraus Gesamtsysteme mit selbst entwickelter Steuer- und Überwachungselektronik. Zahllose Anwender sind bereits aktiv, viele weitere warten in den Startlöchern. Die Hochschulen haben exzellente Absolventen ausgebildet, theoretisches Wissen und praktische Erfahrung von der Chemie bis zur Fertigung sind auf hohem Niveau. Mehrere Produktionsanlagen zur Forschung sind seit Jahren in Betrieb, etwa beim ZSW in Ulm, an der TU München/Garching (Lehrstuhl IWB; Projekte EEBatt, www.eebatt.tum.de und ExZellTUM, www.exzelltum.de) und an der RWTH Aachen (Lehrstuhl PEM). Nur eine wirkliche Massenproduktion fehlt bislang. Es gibt lediglich wenige kleine Hersteller, die sich auf Nischenmärkte konzentrieren; ihr Anteil am Weltmarkt ist verschwindend gering.

Längere Zeit hatten selbst versierte Insider noch starke Vorbehalte. Ihr Argument: Die Asiaten seien uns beim Produktions-Know-how zu weit voraus und hätten außerdem sehr viel niedrigere Arbeitslöhne – speziell in China. Von dort kommen mittlerweile 60 bis 70 % der Zellen, teils auch von nicht-chinesischen Firmen, die Joint Ventures gebildet haben. Schon der Inlandsmarkt ist riesig, für 2017 sind 700.000 Elektroautos geplant. Der Vorsprung sei deshalb nicht mehr einzuholen, deutsche Zellen könnten nie konkurrenzfähig werden [2]. Bestätigt sehen sich die Skeptiker durch den Fall Li-Tec in Kamenz/Sachsen: Die dort für kurze Zeit produzierten Zellen hatten zwar eine hohe technische Qualität, aber der einzige Abnehmer war Daimler, die Stückzahlen waren zu klein, und damit waren sie zu teuer. Rund 70 % der Batteriekosten machen die Zellen aus. So stoppte die Konzernmutter die Fertigung Ende 2015. Die Firma existiert weiter, bezieht aber die Zellen aus Asien und baut daraus komplette Batteriesysteme zusammen. Dazu wurde sogar vor kurzem der Grundstein für ein zweites Werk gelegt, Investition rund 1 Mrd. Euro – sicher nicht verkehrt, doch auf Dauer keine Lösung.

Eigene Zellfertigung ist überlebenswichtig

Daher die immer drängendere Forderung nach dem baldigen Aufbau einer großen deutschen Zellfertigung. Vor allem der VDMA (Verband der Deutschen Maschinen- und Anlagenhersteller) hat sich immer wieder dafür stark gemacht; ohne eine solche könnten seine Mitglieder nicht überleben, weil sie ihren potenziellen Käufern in Asien und USA nicht vorführen können, dass ihre Technologien auf dem einheimischen Markt funktionieren. Um Sicherheit geben zu können, braucht man unbedingt Referenzen aus dem eigenen Land.

Der hiesige Maschinen- und Anlagenbau für die Batteriefertigung hält weltweit eine führende Position. Der weitaus größte Teil ihrer Produkte (über 65 %) wird nach Fernost und Nordamerika exportiert; vom inländischen Markt könnten die Firmen nicht leben. Auf Dauer kann dieses Geschäft aber nur erfolgreich sein, wenn sehr enge Kontakte zu den Zellenherstellern gepflegt werden. Die sitzen derzeit fast alle halb um den Globus herum verstreut. Weil die Prozesse sich am besten unter Produktionsbedingungen zuhause weiterentwickeln lassen, wünschen sich die Hersteller deshalb eine Zellproduktion in unmittelbarer Nähe. Ein weiterer Vorteil einer inländischen Produktion läge in einer deutlichen Vereinfachung der Kommunikation, die zwischen West und Ost auch wegen kultureller Unterschiede manchmal recht schwierig sein kann, ferner in kurzen Transportwegen. Bei internationalen Transporten gibt es oft Beschränkungen wegen strenger Gefahrgut-Vorschriften, ganz abgesehen von den Kosten.

Die Vorbereitungen reichen bereits lange zurück. Schon 2011 hatte der VDMA den Bereich Batterieproduktion ins Leben gerufen (http://battprod.vdma.org). 2013 war das Kompetenznetzwerk Lithium-Ionen-Batterien (KLiB, www.klib-org.de) gegründet worden, in dem 45 Unternehmen und Institute vertreten waren und eine Basis für Meinungs- und Erfahrungsaustausch etabliert haben. Annähernd die gesamte Wertschöpfungskette war dabei, von der Grundlagenforschung über Materialbeschaffung, Produktionsanlagenkonzeption bis zu den Endanwendern. Letztere sind keineswegs nur die Autokonzerne, die langfristig auf Elektroantrieb umstellen wollen. Gerade in der Anfangsphase werden eher andere Anwendungen dominieren, bei denen der Kostendruck weniger hoch ist, allen voran Speicher für das Stromnetz.

Auf KLiB folgte 2015 das GigaLIB-Konsortium, bestehend aus fünf Partnern: Varta Microbattery (Federführung), Manz, M+W Group, ThyssenKrupp System Engineering und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW). Das Ziel war, in den folgenden zwei Jahren Fertigungsmethoden für eine modular aufgebaute Lithium-Ionen-Zellproduktion zur Integration in Elektrofahrzeuge zu entwickeln. Das BMBF unterstützte das Vorhaben mit 5,2 Millionen Euro. Parallel dazu laufen noch andere Programme, so etwa „Batterie 2020“, das Material- und Prozesstechnik für Lithium-Ionen-Systeme mit rund 60 Millionen Euro fördert. Insgesamt hat die deutsche Batterieforschung in den letzten zehn Jahren Unterstützung in Höhe von mehreren hundert Millionen Euro erhalten, um den Vorsprung der Asiaten wieder einzuholen.