Entwicklung von Akku und Brennstoffzelle

Mit mei­nen Kol­le­gin­nen Anna Christ­mann (For­schungs­po­li­tik) und Ekin Deli­göz (Haus­halts- und Wirt­schafts­po­li­tik) im For­schungs­be­reich des ZSW für Spei­cher­tech­no­lo­gie (Akku­mu­la­to­ren).

12.10.2019

Gespräch mit Forschern am ZSW in Ulm

Fah­ren die Autos der Zukunft bat­te­rie­elek­trisch oder mit Brenn­stoff­zel­le? Am “Zen­trum für Son­nen­en­er­gie- und Was­ser­stoff-For­schung Baden-Würt­tem­berg” (ZSW) wird an bei­den Tech­no­lo­gien geforscht. Gemein­sam mit zahl­rei­chen Inter­es­sier­ten der Grü­nen habe ich die For­schungs­ein­rich­tung in Ulm besucht.

Das ZSW mit Sitz in Stutt­gart und Ulm ist eine gemein­nüt­zi­ge Stif­tung. Sie wid­met sich mit ihren 250 Beschäf­tig­ten der indus­trie­na­hen Grund­la­gen­for­schung im Bereich der erneu­er­ba­ren Ener­gien und der Umset­zung in der Wirt­schaft des Lan­des. In Ulm wid­met sich das ZSW dem Akku­mu­la­tor (Bat­te­rie) und der Brenn­stoff­zel­le. Ich hat­te zu einem Gespräch mit For­schern an bei­den Tech­no­lo­gien ein­ge­la­den. Das Gespräch stieß auf gro­ßes Inter­es­se unter Mit­glie­dern der Grü­nen aus dem gan­zen Land. Mit dabei waren auch mei­ne bei­den Frak­ti­ons­kol­le­gin­nen Anna Christ­mann und Ekin Deli­göz. Um es gleich vor­weg zu neh­men: Bei­de Tech­no­lo­gien ste­hen aus zwei Grün­den nicht gene­rell in Kon­kur­renz. Ers­tens hängt die Fra­ge, wel­che Tech­no­lo­gie geeig­net ist, immer vom kon­kre­ten Ein­satz ab. Zwei­tens sind auch Brenn­stoff­zel­len­fahr­zeu­ge auf Akkus ange­wie­sen, da der in der Brenn­stoff­zel­le und der beim Brem­sen gewon­ne­ne Strom (Reku­pera­ti­on) gespei­chert wer­den muss.

Bat­te­rie

„Bei der Bat­te­rie­zel­len­fer­ti­gung, die für die Zukunft der Elek­tro­mo­bi­li­tät so wich­tig ist, habend die gro­ßen Fir­men in Chi­na und Korea, aber auch in den USA, der­zeit die Nase vorn. In Frank­reich und Schwe­den haben sich die ers­ten Kon­sor­ti­en zusam­men­ge­fun­den.“ So fass­te einer der Ulmer For­scher die aktu­el­le Aus­gangs­la­ge kürz­lich in einem Zei­tungs­in­ter­view (Stutt­gar­ter Zei­tung vom 15. Juli 2019) zusam­men und hob her­vor, dass es die Opti­on des „klas­si­schen Ver­bren­ners“ in weni­gen Jah­ren gar nicht mehr geben wür­de. Er wies auch dar­auf hin, dass inten­siv dar­an geforscht wird, den Ein­satz pro­ble­ma­ti­scher Roh­stof­fe zu ver­rin­gern, es aber kei­ne Tech­no­lo­gie geben kann, die mil­li­ar­den­fach ohne mas­si­ven Res­sour­cen­ver­brauch her­ge­stellt und betrie­ben wer­den kann. Das ZSW betreibt die welt­weit größ­te Pro­duk­ti­ons­for­schung für Lithi­um-Ionen-Bat­te­rien.

Wenn man die Pro­gno­sen von Bat­te­rie­for­schern ana­ly­siert, so fal­len vie­le gemein­sa­me Ein­schät­zun­gen auf: So wer­de es nie die für jede Anwen­dung opti­ma­le Super­bat­te­rie geben. Dies bestä­tig­ten uns unse­re Gesprächs­part­ner. Aber die Kapa­zi­tät gegen­über der heu­ti­gen Bat­te­rie­tech­no­lo­gie dürf­te sich eines Tages ver­dop­peln las­sen. Bei Lithi­um-Ionen-Bat­te­rien sei­en noch etwa 40 Pro­zent mehr mög­lich, was man auch in Ulm so sieht. Schnel­le, gro­ße Sprün­ge bei der Ener­gie­dich­te sei­en aber nicht zu erwar­ten, wur­de hin­zu­ge­fügt. Zur Reich­wei­te wur­de ange­merkt, dass schon heu­te die mög­li­che Reich­wei­te von E‑Autos prak­tisch nicht genutzt wer­de. „Nach unse­ren Erfah­run­gen wer­den die Akkus sehr früh­zei­tig wie­der auf­ge­la­den.“

Die Akku-Prei­se sind in den letz­ten Jah­ren deut­lich gesun­ken. Der Preis dürf­te sich zwi­schen 50 und 100 Euro pro Kilo­watt­stun­den ein­pen­deln (heu­te knapp 100 Euro), so wer­den Fach­leu­te immer wie­der zitiert. In Ulm ist man mit Pro­gno­sen eher vor­sich­tig: Die Kos­ten wür­den sehr stark von den Roh­stoff­prei­sen abhän­gen.

Wie weit sind die Ver­su­che gedie­hen, Lithi­um und Kobalt durch Natri­um, Magne­si­um, Cal­ci­um oder Alu­mi­ni­um zu erset­zen? Die Ant­wort aus Ulm: „Hier­für sind noch Durch­brü­che in der For­schung nötig.“ Das Ziel sei aber klar der kom­plet­te Ver­zicht auf Kobalt und der Ein­satz von weni­ger Nickel. Und: „Wer die heu­ti­ge Bat­te­rie­tech­no­lo­gie nicht beherrscht, wird sich mit den zukünf­ti­gen Bat­te­rie­ge­ne­ra­tio­nen schwer tun.“ Die­se Bot­schaft kann, so höre ich es her­aus, als Appell an die For­schungs- und Wirt­schafts­po­li­tik ver­stan­den wer­den.

Schließ­lich wur­de aus der Grup­pe her­aus noch die Fra­ge nach dem Bat­te­rie-Recy­cling gestellt. Die For­scher ver­wie­sen auf noch gerin­ge Erfah­run­gen mit dem Recy­cling von Lithi­um-Ionen-Bat­te­rien. Die Rück­lauf­quo­te von aus­ge­brauch­ten Han­dy-Akkus sei gering. Bei Auto-Akkus gebe es noch kaum Rück­läu­fe und daher kei­ne voll­stän­di­ge, son­dern eine auf ein­zel­ne Metal­le beschränk­te Auf­be­rei­tung.

Im Vor­der­grund eine Brenn­stoff­zel­le. Im Hin­ter­grund ist aus­schnitts­wei­se der kom­plet­te Auf­bau mit allem “Drum­her­um” zu erken­nen, wie es in einem Brenn­stoff­zel­len­fahr­zeug vor­han­den ist.

Brenn­stoff­zel­le

Die meis­ten Fach­leu­te sind sich einig: Der bat­te­rie­elek­tri­sche Antrieb eig­net sich ins­be­son­de­re für Autos, wäh­rend der Brenn­stoff­zel­le für grö­ße­re Fahr­zeu­ge die Zukunft gehört. „Bat­te­rie und Brenn­stoff­zel­le sind kei­ne Geg­ner, son­dern ergän­zen sich“, sag­ten uns denn auch die Ulmer For­scher. Kon­kret zielt die For­schung an Brenn­stoff­zel­len auf die Anwen­dung im Auto, um die­se auch für Bus­se und Last­wa­gen anwend­bar zu machen. Noch ist deren Preis sehr hoch und die Fra­ge, woher der Was­ser­stoff kom­men soll (wenn er nicht wei­ter­hin auf Basis von fos­si­lem Erd­gas erzeugt wer­den soll), unge­löst. Was­ser­stoff aus Strom her­zu­stel­len ist mög­lich, aber (noch) mit enor­men Ener­gie­ver­lus­ten und letzt­lich nied­ri­gen Wir­kungs­gra­den bei der Fort­be­we­gung mit Brenn­stoff­zel­len­fahr­zeu­gen ver­bun­den. Die weni­gen Model­le, die der­zeit in nied­ri­gen Stück­zah­len auf dem Markt erhält­lich sind, wer­den von den Her­stel­lern hoch sub­ven­tio­niert. Mit dem Ein­stieg in höhe­re Stück­zah­len dürf­te der Preis sin­ken. Das sieht man auch in Ulm, wo seit über 20 Jah­ren kon­kret an der Poly­mer­mem­bran­tech­no­lo­gie geforscht wird, so.

Wie sieht es mit der Lebens­dau­er von Brenn­stoff­zel­len aus? Zwei­fel sei­en ange­bracht, sagt der For­scher. Die Lebens­dau­er hän­ge stark von den Betriebs­be­din­gun­gen ab. Es sei­en noch For­schungs- und Ent­wick­lungs­ar­bei­ten erfor­der­lich, um eine ver­läss­li­che und aus­rei­chen­de Lebens­dau­er gewähr­leis­ten zu kön­nen. Was ein­deu­tig für die Brenn­stoff­zel­le spre­che: Der Wert­schöp­fungs­an­teil ist – anders als der bei bat­te­rie­elek­tri­schen Fahr­zeu­gen mit ihrer gerin­gen Kom­ple­xi­tät – ver­gleich­bar mit denen der heu­ti­gen Ver­bren­nungs­tech­no­lo­gie.

Woher kommt der Strom?

Mit den im Jahr 2016 wegen des Über­an­ge­bots an Strom abge­schal­te­ten Wind­kraft­an­la­gen hät­ten sich 500.000 E‑Autos antrei­ben las­sen. Nimmt man den expor­tier­ten Strom hin­zu, so wären es sogar sie­ben Mil­lio­nen Autos gewe­sen. Das hat­ten Wis­sen­schaft­ler des ZSW errech­net.

Wo wird in Zukunft geforscht?

Eine Rol­le in den Gesprä­chen spiel­te auch die Ent­schei­dung der Bun­des­re­gie­rung, die Bat­te­rie­zel­len­for­schung am Stand­ort Münster/Westfalen för­dern zu wol­len. Das ZSW in Ulm, das sich auch bewor­ben hat­te, ging leer aus. Inzwi­schen wur­den Vor­wür­fe an die Bun­des­for­schungs­mi­nis­te­rin immer lau­ter. Müns­ter grenzt an ihren eige­nen Wahl­kreis und Ibben­bü­ren, das fürs Bat­te­rie­re­cy­cling hoch gehan­delt wird, befin­det sich in ihrem Wahl­kreis. Medi­en­be­rich­ten zufol­ge erhielt Müns­ter wich­ti­ge Infor­ma­tio­nen frü­her als Ulm und hat­te daher mehr Zeit, sich auf die Bewer­bung pas­send vor­zu­be­rei­ten (Stutt­gar­ter Zei­tung v. 02.10., 05.10. und 08.10.2019). Hin­zu kommt, dass in Baden-Würt­tem­berg, anders als in NRW, star­ke Auto­mo­bil­her­stel­ler ange­sie­delt sind und dadurch die enge Koope­ra­ti­on zwi­schen Wis­sen­schaft und Indus­trie sowie der Trans­fer in die kon­kre­te Anwen­dung erheb­lich ein­fa­cher mög­lich sind. Wenn man sich bewusst ist, dass bei der Zell­for­schung und der Markt­be­fä­hi­gung leis­tungs­star­ker Akku­mu­la­to­ren nicht die deut­schen Län­der unter­ein­an­der, son­dern Deutsch­land und Euro­pa im Wett­be­werb mit Chi­na, Süd­ko­rea, Japan und den USA ste­hen, dann wird die Stand­ort­ent­schei­dung der Bun­des­mi­nis­te­rin umso absur­der.

Für die unter­le­ge­nen Stand­or­te ste­hen nun, soll­te es kei­ne Kor­rek­tur mehr geben, womög­lich noch För­der­mit­tel  in Höhe von 100 Mil­lio­nen Euro für die Berei­che Recy­cling und Digi­ta­li­sie­rung zur Ver­fü­gung.

Die­sem Bei­trag lie­gen die genann­ten Quel­len, die Gesprä­che beim ZSW in Ulm  zugrun­de und außer­dem: Süd­west­pres­se v. 27.10.2017, Stutt­gar­ter Zei­tung v. 15.07.2019, Süd­west­pres­se v. 23.08.2019, Die Welt v. 28.09.2019, FAZ v. 08.10.2019,

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