Batterieinnovation könnte Abhängigkeit von kritischer Rohstoffbeschaffung reduzieren
Klassische Lithium-Ionen-Batterien dominieren immer noch den Markt. Allerdings ist einem schwedischem Start-Up mit der Entwicklung seiner neuen Natrium-Ionen-Batterie ein potenzieller Durchbruch gelungen. Die Batterie, die ohne viele der begehrten, kritischen Metalle für die Batterieherstellung auskommt, könnte die Abhängigkeit von China reduzieren. Kann diese der klassischen Lithium-Batterie den Rang ablaufen?
Lithium-Ionen-Batterie immer noch führende Technologie
Energiespeicher sind eine der Schlüsseltechnologien für die angestrebte Energiewende. Gerade hieraus ergibt sich eine gewichtige Abhängigkeit vom Weltmarktführer in der Batterieproduktion China, aufgrund des Zugangs zu den begrenzten Rohstoffen. Grund sind die aktuell dominierende Verwendung von Lithium-Ionen-Akkus. Ob in Notebooks, Handys oder Elektroautos – die Lithium-Ionen-Batterie ist aktuell das vielfach bewährte Mittel der Wahl. Dabei spielt die Energiedichte, die diese Akkus mit sich bringen, eine entscheidende Rolle. So können Lithium-Ionen-Akkus beispielsweise bezogen auf ihr Volumen und ihre Masse drei Mal so viel Strom speichern wie beispielsweise bleibasierte Akkus. Allerdings vermuten wissenschaftliche Experten, dass die Fortschritte bei der Steigerung der Energiedichte bald ausgeschöpft sein dürfen bei herkömmlichen Lithium-Ionen.
Ein weiter wichtiger Faktor ist die Rolle des Lithiums. So vermutet das Frauenhofer-Institut für System- und Innovationsforschung, dass die Nachfrage nach Lithium allein aufgrund der Elektromobilität bis 20230 um den Faktor 20 bis 40 steigen könnte. Daher kommt der industriellen Schaffung von Lithium-Kapazitäten sowie der Versorgungskette (Importe) eine wichtige Bedeutung zu.
Aus diesem Grund gibt es Forschungsansätze verschiedener Firmen und Industriezweige, um die Abhängigkeit vom Lithium und weiteren für die Batterieherstellung benötigten, knappen Rohstoffen zu reduzieren. Ein möglicher Kandidat könnte Natrium sein, dessen reiche Verfügbarkeit und tiefe Kosten Vorteile mit sich bringt. Allerdings kommen Natrium-Ionen noch nicht ganz an die Energiedichte von Lithium-Ionen heran.
Der Markt für Batterieproduktion wird von China dominiert
Die grössten Batteriekapazitäten werden in asiatischen Ländern wie China, Südkorea oder Japan produziert. Beim Blick auf die Marktanteile im Jahr 2022 wird die chinesische Dominanz bei den Lithium-Ionen-Akkus deutlich. Der Weltmarktführer, die chinesische Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), vereint gemessen am Absatz im Jahr 2022 mehr als ein Drittel (34 Prozent) des Weltmarktes auf sich. In China beträgt der Marktanteil des Unternehmens sogar 48 Prozent. Fast jedes dritte E-Auto enthält nach Unternehmensangaben eine CATL-Batterie, was CATL auch zu einem der zehn grössten Automobilzulieferern der Welt macht. Zu den weiteren grossen Batterieherstellern zählen unter anderem die chinesische BYD und die japanische Panasonic.
Kritische Bedeutung für E-Autos
Zwei bedeutende Kriterien für die Wahl eines Elektroautos sind die Reichweite und die Anschaffungskosten des Fahrzeugs. Bei der Reichweite spielt die Batterie als Herzstück eines jeden E-Autos eine entscheidende Rolle. Denn von dessen Batteriekapazität hängt schlussendlich auch die effektive Reichweite des Fahrzeugs ab.
Aber auch die Herstellungskosten der Batterien wirken sich entscheidend auf die Endverbraucherpreise für die Fahrzeuge aus und sind häufig der Grund dafür, warum Elektroautos als teurer wahrgenommen werden als vergleichbare Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Prognosen zu Folge dürften aber auch hier die Preise bei Lithium-Ionen-Akkus weiter fallen. Hat im Jahr 2010 eine Kilowattstunde von Lithium-Ionen-Akkus noch 600 Euro gekostet, liegen die Preise aktuell bereits unter 100 Euro (Quelle: Statista).
China hat den Trend hin zur Elektromobilität bereits früh erkannt und schon im Jahr 2010 in die Produktion von Batterien und die dafür kritischen Rohstoffe investiert. Mit Erfolg – denn heute ist bereits jedes dritte verkaufte Auto in China ein Elektroauto. Chinesischen Herstellern ist es gelungen, einen vergleichsweise hohen Innovationsstandard zu günstigen Preisen zu produzieren. Damit stellen sie eine gewichtige Konkurrenz für die etablierten europäischen und amerikanischen Automobilhersteller dar.
Innovative Natrium-Ionen Batterie von Northvolt
Das schwedische Start-Up Unternehmen «Northvolt» hat eine natriumbasierte Batterie entwickelt, die weder Lithium, Kobalt noch Nickel enthält. Ohne die Abhängigkeit von der Beschaffung dieser für die Batterieproduktion normalerweise benötigten, kritischen Rohstoffe, unterliegt der Batteriehersteller somit auch nicht den immensen Preisschwankungen auf den Beschaffungsmärkten. Aus diesem Grund könnte nach Angaben des Unternehmens die Abhängigkeit von China bei der Energiewende auf diese Weise reduziert werden. Dadurch mutiert Northvolt zu derzeit Europas grösster Hoffnung, mit den dominierenden chinesischen, koreanischen und japanischen Batterieherstellern konkurrieren zu können.
Natrium-Ionen-Batterien gelten im Vergleich zu den bekannten Lithium-Batterien als günstigere und sicherere Alternative, da sei bei einem grösserem Temperaturspektrum (sowohl sehr hohe als auch bei sehr niedrigen Temperaturen) zuverlässig funktionieren. Dabei verwenden die von Northvolt ein erstmals im 18. Jahrhundert verwendetes Pigment bekannt unter dem Namen «Preußisch Blau». Das Potenzial dieses Pigments für die Anwendung in Batterien wurde erstmals vom Chemie-Nobelpreisträger John Goodenough beschrieben. Dieser veröffentlichte bereits 2011 eine Abhandlung über den Nutzen von «Preußisch Blau» als kostengünstiges Kathodenmaterial für Natrium-Ionen-Batterien. Damit geht Northvolt gemäss Experten deutlich weiter, als der weltgrösste chinesische Batteriehersteller und Konkurrent CATL, dessen Natrium-Ionen-Batterien auf Oxiden mit den kritischen, herkömmlichen Metallen beruht.
In einer Mitteilung schreibt Northvolt, dass die Natrium-Ionen-Batterien des Unternehmens über eine Energiedichte von 160 Wattstunden pro Kilogramm verfügen und damit der Energiedichte von Lithium-Batterien sehr nah kommen. Dabei ist die Energiedichte im Verhältnis zur Grösse einer der kritischen Faktoren für die Anwendungsgebiete von Natrium-Batterien. So waren Natriumzellen vielfach für die Anwendung in Elektrofahrzeugen ungeeignet, da der Platz in den Fahrzeugkarosserien begrenzt ist. Die aktuell in Elektroautos verbauten Lithiumbatterien verfügen über eine Energiedichte von bis zu 250 bis 300 Wattstunden pro Kilogramm.
Unterstützt wird das schwedische Unternehmen von namhaften Grosskonzernen wie Volkswagen, BlackRock und Goldman Sachs. Northvolt CEO Peter Carlsson schätzt den Wert der Technologie auf mehrere Milliarden US-Dollar. Der Auftragsbestand für Energiespeicher könnte bereits in 10 Jahren so gross sein, wie das derzeitige Portfolio von Batterien für Elektrofahrzeuge (Aufträge im Wert von 55 Mrd. US-Dollar).
Die neue Technologie mit einer Energiedichte von 180 Wattstunden pro Kilogramm kommt den üblicherweise in alternativen Anwendungsgebieten eingesetzten Energiespeichern sehr nah und erlaubt es dem Unternehmen daher, Regionen wie den Nahen Osten, Afrika oder Indien für batteriebetriebene Energiespeicher zu erschliessen. Natrium-Ionen-Batterien könnten circa ein Viertel günstiger sein als die auf Lithium basierende Konkurrenz.
Diversifiziertes Engagement entlang der Lithium-Ionen-Wertschöpfungskette
Insgesamt wächst die Nachfrage nach Energiespeichern rasant. Die aktuell führende Lösung trotz einiger Innovationen in diesem Bereich, sind immer noch die Lithium-Ionen-Batterien, aufgrund der vergleichsweise höheren Energiedichte.
Für diejenigen Anleger, die perspektivisch weiter an die Vormachtstellung der Lithium-Ionen-Batterie glauben, existiert eine Möglichkeit, um diversifiziert an den Entwicklungen der gesamten Wertschöpfungskette aus dem Bereich zu partizipieren. Angefangen bei den Rohstoffherstellern wie beispielsweise Lithium oder Fabrikanten Chemischer Stoffe bis hin zu Batterieproduzenten werden die vielfältigen Bereiche abgedeckt.
