Bei der Batteriezellfertigung Deutschland werden die verschiedenen Innovations- und Investitionsvorhaben in Deutschland sowie verschiedene flankierende Maßnahmen aufeinander abgestimmt. Das stärkt den Wissenstransfer aus der Forschung in die intelligente und nachhaltige Produktion von Batterien. Und es fördert Kooperationen von Projektpartnern, zum Beispiel in den Bereichen Fachkräfte, Finanzierung und Nachhaltigkeit. Ziele sind der Auf- und Ausbau von Know-how entlang der Batterie-Wertschöpfungskette sowie der Einstieg in die Großproduktion von Batteriematerialien, -komponenten, -zell und -systemen.

Kern der künftigen Mobilität – wertvollstes Bauteil am E-Auto

Die Automobilindustrie steht vor einem enormen Umbruch: Laut Klimaschutzprogramm der Bundesregierung sollen bis 2030 auf Deutschlands Straßen sieben bis zehn Millionen Elektrofahrzeuge fahren. Die Nationale Plattform Zukunft der Mobilität teilt diese Auffassung. Diese Elektrofahrzeuge haben zentrale Bedeutung für die Erreichung der Klimaziele im Bereich der Personenmobilität und darüber hinaus. Leistungsfähige und nachhaltige Batterien sind dabei der Schlüssel für eine erfolgreiche Umsetzung dieser Hochlaufziele und für die Zukunft der Elektromobilität. Denn sie ermöglichen eine große Reichweite und das schnelle Aufladen von E-Fahrzeugen und sorgen dafür, dass E-Autos einen geringen CO2-Fußabdruck haben.

Das zahlt sich auch wirtschaftlich aus: Die “European Battery Alliance“ schätzt das Marktpotenzial für in Europa produzierte automobile Batterien schon bis Mitte der 2020er Jahre auf bis zu 250 Milliarden Euro. Im Markt vorherrschend sind – wegen ihrer großen Energiedichte und hohen Lebensdauer - Lithium-Ionen-Batterien. Sie machen einen großen Teil der Wertschöpfung in E-Autos aus (rund 40 Prozent); daher sorgt die Produktion dieses wichtigen Bauteils vor Ort in Deutschland und Europa für die Sicherung von Wertschöpfung und Arbeitsplätzen.

Wichtig für die stärkere Nutzung erneuerbarer Energien

Moderne Batterietechnologie spielt auch in der Energiewende eine zentrale Rolle: Batterien in Elektrofahrzeugen tragen maßgeblich zur Sektorkopplung zwischen dem Stromsektor und der Mobilität bei. Modern bedeutet dabei leistungsstark, langlebig, umweltverträglich. So kann die Mobilität klimafreundlicher gestaltet und die Speicherfähigkeit der Fahrzeuge dafür eingesetzt werden, dass erneuerbare Energien weitaus umfassender genutzt werden. Hierzu können auch stationäre Batteriespeicher beitragen, die am Stromnetz betrieben werden. Denn die Nutzung von Sonne und Wind zur Erzeugung von Strom unterliegt wetterbedingt großen Schwankungen. Kann diese Energie aber in Batterien zwischengespeichert werden,können die Schwankungen in der Stromerzeugung einfacher ausgeglichen werden.

Zentral für die künftige Wettbewerbsfähigkeit

Batterien für E-Autos bestehen aus vielen einzelnen Bauteilen. Herzstück jeder Batterie sind ihre Batteriezellen. In der Fertigung dieser Zellen will Deutschland zusammen mit den europäischen Partnern zukünftig eine wirtschaftliche und technologische Vorreiterrolle einnehmen. Bei den weiteren Komponenten der Batterie sowie der Produktionstechnik spielen deutsche und europäische Unternehmen bereits heute eine wichtige Rolle, die weiter ausgebaut werden soll. Auf diese Art entstehen viele zukunftsfähige und nachhaltige Arbeitsplätze rund um das Innovationsthema Batterien.

Zurzeit werden Batteriezellen für Elektrofahrzeuge in Deutschland und Europa noch nicht auf großer Skala hergestellt. Um Investitionen anzustoßen und in diesem zentralen Zukunftsfeld künftig unabhängig von Importen zu werden, fördert das BMWi entsprechende Projekte am Standort Deutschland mit einer Anschubfinanzierung. Der Produktionsbeginn für Batteriezellen in Deutschland aus den geförderten Projekten ist für 2022 geplant. Spätestens Mitte der 2020er Jahre soll dann im größeren industriellen Maßstab produziert werden.

Enge Abstimmung mit den Aktivitäten in der EU

Deutschland arbeitet beim Aufbau der Batteriezellfertigung eng mit anderen EU-Mitgliedsländern zusammen. Denn die gemeinsamen Batterie-Innovationen werden von 12 europäischen Mitgliedsstaaten gemeinsam über zwei sogenannte Großprojekte von gemeinsamem europäischen Interesse (IPCEI – „Important Project of Common European Interest“) gefördert, bei denen auch über 15 deutsche Unternehmen beteiligt sind. Zwei weitere Mitgliedsstaaten nehmen als assoziierte Partner teil. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unterstützt die Projekte der aus Deutschland teilnehmenden Unternehmen mit finanziellen Mitteln. Die EU-Kommission hat das erste der beiden IPCEIs am 9.12.2019 beihilferechtlich genehmigt. Das heißt, dass die teilnehmenden Mitgliedsstaaten ab sofort ihre Förderung der Projekte beginnen können.

Fünf deutsche Projekte im ersten europäischen Großprojekt

Fünf deutsche Projekte zur Batteriezellfertigung werden im Rahmen des ersten IPCEI gefördert. In den Kooperationen deutscher Firmen mit Unternehmen aus sechs weiteren EU-Mitgliedsstatten stehen Forschung, Innovation und industrielle Produktion im Fokus.

Die Projekte im Überblick:

BASF will mit ihren Batteriematerialien zum Aufbau einer nachhaltigen Batterie-Wertschöpfungskette für Elektrofahrzeuge in Europa beitragen. Innovative Kathodenmaterialien steigern die Leistung und die Kosteneffizienz von Batterien und fördern somit den Erfolg einer klimafreundlichen Mobilität (Projektstandorte: Schwarzheide, Brandenburg, und Ludwigshafen, Rheinland-Pfalz).

Die BMW Group kann durch die im Projekt verfolgten Forschungsthemen bis ins Detail die chemische Zusammensetzung, Zellmechanik, Zelldesigns und den Produktionsprozess weiterentwickeln. Die Batteriezellenhersteller können auf dieses Know-how aufbauen und es zielgerichtet in eine nachhaltig erfolgreiche Industrialisierung überführen (Projektstandort: München, Bayern).

Das geplante Projekt von Opel umfasst eine innovative Batteriezellproduktion am Standort Kaiserslautern im Rahmen eines Joint Ventures (ACC) zusammen mit der Muttergesellschaft PSA und dem französischen Batteriehersteller Saft, einem Unternehmen der Total Group (Projektstandort: Kaiserslautern, Rheinland-Pfalz).

Die Firma Umicore wird zur Entwicklung einer nachhaltigen Batterie in Europa beitragen, in der innovative Technologien, eine verantwortungsvolle Beschaffung und das Schließen des Materialkreislaufs durch Recycling Schlüsselfaktoren für den Erfolg sind (Projektstandort: Hanau, Hessen).

Mit neuartigen, innovativen Batterielösungen im Bereich der Lithium-Ionen-Technologie will Varta künftig weitere Märkte und Anwendungen adressieren und die Batteriezellproduktion auch von größeren Zellformaten vorantreiben. Damit leistet Varta einen wichtigen Beitrag zum Ausbau der deutschen Batterieindustrie als Schlüsseltechnologie der Zukunft (Projektstandorte: Ellwangen, Baden-Württemberg, und Nördlingen, Bayern).

Der Lebenszyklus einer Batterie beginnt mit der Gewinnung der Rohstoffe, der Herstellung von Batteriematerialien und -komponenten und der Fertigung der Batteriezellen. Bereits hier wird mit innovativen Verfahren auf mehr Energieeffizienz und Nachhaltigkeit bei der nächsten Batteriegeneration geachtet. Die Batteriezellen werden elektrisch verbunden, mit einem Batteriemanagementsystem ausgestattet und zusammen mit weiteren Bauteilen in ein Gehäuse integriert. Dann ist die Batterie fertig für den Einsatz. Ihre Energiespeicherfähigkeit nimmt im Laufe der Zeit ab. Hersteller von Elektrofahrzeugen garantieren in der Regel eine bestimmte Mindestkapazität von 150.000 gefahrenen Kilometern. In der Praxis halten die Batterien bereits heute oft länger. Doch selbst wenn eine Batterie ausgetauscht werden muss, weil ihre Leistungsfähigkeit zu sehr abgenommen hat, dann kann sie noch immer für andere, weniger Leistung beanspruchende Einsätze verwendet werden – und beispielsweise noch mehrere Jahre als stationärer Stromspeicher in einem Privathaushalt mit Solardach ihren Dienst tun.

Zum nachhaltigen Lebenszyklus einer Batteriezelle gehören auch kluge Lösungen für das Recycling. Denn die Verwendung unterschiedlicher Batteriearten mit jeweils anderen  enthaltenen Rohstoffen macht die stoffliche Verwertung komplex. Im Fokus der Forschung stehen deshalb die die Rückgewinnung von Rohstoffen und Materialien ebenso wie eine möglichst hohe Recyclingquote von Altbatterien. Vor allem aus der Kathode, aber auch aus anderen Komponenten der Batterie können wertvolle Rohstoffe wie Kobalt, Nickel oder Lithium zurückgewonnen werden. Das Recycling reduziert auch die Abhängigkeit von importierten Rohstoffen.

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Eine Batterie – viele Rohstoffe  

Eine Batterie besteht aus mehreren Modulen, die sich wiederum aus mehreren Batteriezellen zusammensetzen. Bei der Herstellung kommen zahlreiche Rohstoffe und Materialien zum Einsatz: Nickel, Mangan, Kobalt, Lithium, Graphit, Silizium sowie verschiedene weitere Metalle und Kunststoffe. Batteriezellen der nächsten Generation werden besonders wenig Kobalt enthalten, welches heute zum Teil in Konfliktgebieten gewonnen wird.

Batteriezellen „made in Europe“ sollen künftig hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Produktionsbedingungen international führend sein. Sie sollen dabei herausstechen durch:

• eine hohe Energiedichte und Leistungsfähigkeit zu wettbewerbsfähigen Preisen;
• eine lange Lebensdauer und eine hohe Zahl von Ladezyklen.

Zudem werden sie bei der Herstellung faire Arbeitsbedingungen in der gesamten Wertschöpfungskette garantieren und weniger Energie benötigen als die Produktion der bisherigen Batteriezellen, die zudem möglichst weitgehend aus erneuerbaren Energien gedeckt wird. So werden geringe CO2-Ausstöße bei Produktion und Logistik erreicht. Auch sollen hier produzierte Batterien eine hohe Recyclingquote erreichen.

Um diese anspruchsvollen Ziele umzusetzen, sind auch Forschungs- und Entwicklungsmaßnahmen weiterhin von zentraler Bedeutung. 

Steigender Bedarf an leistungsstarken Lithium-Ionen-Batterien

Besonders hohe Energiedichten bieten Lithium-Ionen-Batterien und sind daher im Markt dominierend. Sie sind universell einsetzbar, vom Hörgerät bis zum Auto – und die Nutzungsmöglichkeiten nehmen beständig zu: Die größte Nachfrage nach Batteriespeichern entsteht durch die Elektrifizierung des Verkehrs, aber auch durch die Notwendigkeit von Speichermöglichkeiten im Energiesektor, um zum Beispiel Schwankungen im Stromnetz auszugleichen. Auch in der Industrie spielt die Verwendung von Batterietechnik eine große Rolle, beispielsweise für Gabelstapler, für alle mobilen Werkzeuge, Konsumgüter oder für Medizintechnik.

Die Speicherung erneuerbarer Energien im Stromnetz, aber auch die Elektrifizierung von Fahrzeugen erfordern leistungsstarke, sichere und nachhaltige Batterien. Experten gehen davon aus, dass die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien bis 2030 von heute jährlich 200 GWh auf mehr als 2.000 GWh steigen wird. Batterien stellen damit auch einen immer größeren Teil der Wertschöpfung in für Deutschland zentralen Branchen. Insbesondere die deutsche Automobilindustrie steht mit der Elektrifizierung des Verkehrs vor einem großen Wandel.

In zwei „Wichtigen Vorhaben gemeinsamen europäischen Interesses“ (IPCEI - „Important Project of Common European Interest“) zur Batteriezellfertigung werden jeweils mehrere Unternehmen aus ganz Europa zusammengebracht: Diese sind das Summer IPCEI und das etwas später an den Start gehende Autumn IPCEI, so benannt nach dem Zeitraum ihrer Beantragung bei der EU-Kommission im Rahmen der sogenannten Prä-Notifizierung. In ihrer breiten Palette an Themen und Teilprojekten decken sie die gesamte Batterie-Wertschöpfungskette von der Gewinnung von Rohstoffen über die Batteriezellfertigung und -integration bis hin zur Zweitnutzung und dem Recycling umfassend ab.

Summer IPCEI: Sieben Mitgliedsstaaten fördern die gesamte Batterie-Wertschöpfungskette

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In der jetzt startenden ersten Förderrunde (Summer IPCEI), für die im Dezember 2019 von der EU-Kommission eine Gesamtförderhöhe von 3,2 Milliarden Euro genehmigt wurde, sind die deutschen Unternehmen BASF, BMW, Opel, Varta sowie die deutsche Tochter des belgischen Unternehmens Umicore dabei. Insgesamt sind beim Summer IPCEI 17 Unternehmen aus sieben Ländern beteiligt: Deutschland, Frankreich, Belgien, Italien, Polen, Schweden und Finnland. Das Gesamtprojekt soll bis 2031 abgeschlossen sein.

Auch bei der zweiten Förderrunde (Autumn IPCEI) wird eine zügige Genehmigung durch die EU-Kommission angestrebt. Aktuell ist das Projekt in der sogenannten Prä-Notifizierung. Hier sind zwölf deutsche Unternehmen sowie insgesamt über 50 Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus 14 EU-Staaten beteiligt. Das BMWi hat die Koordination des Europäischen Gesamtvorhabens übernommen.

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Batteriezellen „made in Europe“ sollen sich von denen der Wettbewerber am Weltmarkt vor allem in punkto Nachhaltigkeit unterscheiden: Sie sollen umweltverträglicher sein und eine bessere Klimabilanz aufweisen. Entsorgung und Recycling sollen bei der Entwicklung und Produktion von vornherein mitgedacht werden. In den Lieferketten sollen alle Dimensionen der Nachhaltigkeit berücksichtigt werden, auch menschenrechtliche Belange und faire Arbeitsbedingungen. Die „grüne Batterie“ rückt so in greifbare Nähe – und wird zum Wettbewerbsvorteil: So spielen zum Beispiel geringe CO2-Ausstöße bei Produktion und Logistik eine große Rolle. Ziel ist u. a., durch konsequentes Recycling von Batterien die Umweltauswirkung der Rohstoffgewinnung ebenso wie die Abhängigkeit von Rohstoffeinfuhren aus Nicht-EU-Staaten zu verringern. Im Rahmen der europäischen IPCEI-Förderung werden von den beteiligten Unternehmen ambitionierte Zielwerte für alle Dimensionen der Nachhaltigkeit abgefragt und im Zeitablauf der Förderung überprüft. 

Die Bundesregierung wird sich zudem in den im „European Green Deal“ der EU-Kommission angekündigten europäischen Prozess zur Definition von ambitionierten Nachhaltigkeitsanforderungen an Batterien unterstützend einbringen.

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Warum sind Batterien aus Deutschland und Europa nachhaltig?

Die Produktion ist effizient und klimaverträglich: Bei der Batterieproduktion wird vorwiegend erneuerbare Energie eingesetzt; Energieeffizienz und Ressourcenschonung sind relevante Kriterien in der Produktion entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Batterieforschung, -produktion und -recycling wirken intelligent und effizient zusammen.

Bei Batterien aus Deutschland wird der gesamte Lebenszyklus des Produkts betrachtet: Gemeinsam arbeiten Unternehmen und Forschungseinrichtungen am nachhaltigen Lebenszyklus einer Batteriezelle. Dazu zählen auch die intelligente Nachnutzung sowie die Nachhaltigkeit der Batterieentsorgung.

Die Rohstoffe der Batterien aus Deutschland sind nachhaltig: Die Bundesregierung achtet im Zuge ihres entwicklungspolitischen Engagements auf eine nachhaltige und verantwortungsvolle Rohstoffgewinnung. Die Rohstoffe und ihre Gewinnung sollen den höchsten Umweltstandards genügen. Ziel ist es, bei den Rohstoffen den Anteil Elements Kobalt sehr deutlich zu reduzieren. Kobalt ist vergleichsweise teuer und soll vor allem auch deshalb reduziert werden, weil es heute teils unter menschenrechtlich fragwürdigen Bedingungen gewonnen wird. Deshalb wird auf faire Arbeitsbedingungen, die sich nach international anerkannten Grundsätzen für verantwortungsvolles unternehmerisches Handeln richten, großer Wert gelegt.