Forschung: Energieverbrauch von Batteriezellfabriken senken

Mit der stark wachsenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen wächst der Markt für Batterien rasant und beschleunigt den Bedarf an Batteriezellfabriken. Eine Studie des Weltwirtschaftsforums und der Global Battery Alliance prognostiziert, dass der weltweite Bedarf an Batterien bis 2030 auf 2.600 GWh pro Jahr wachsen wird. Zum Vergleich: 2022 lag die Nachfrage bei rund 400 GWh. Doch die Herstellung von Batteriezellen ist aufgrund der jetzigen Produktionsprozesse sehr energieintensiv und es fallen hohe Treibhausgasemissionen an. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, wie sich der Energieverbrauch von Batteriezellfabriken entwickeln wird und wie man diesen durch Produktions- und Materialtechnologien zukünftig senken kann.

Ein Forscherteam rund um Florian Degen, Bereichsleiter für Strategie- und Unternehmensentwicklung beim Fraunhofer FFB, hat nun analysiert, wie viel Energie man für die derzeitige und zukünftige Produktion auf Ebene der Batteriezellen und auf makroökonomischer Ebene benötigt. Dazu haben die Forscher:innen in ihrer Studie zwischen Lithium-Ionen-Batterien (kurz LIBs) und alternativen Batteriezellen, so genannten Post-Lithium-Ionen-Batterien (kurz PLIBs), unterschieden.

Energieverbrauch von Batteriezellfabriken entspricht Strombedarf von Norwegen

„Nicht nur in Europa, sondern auch in Asien und Nordamerika wird der Bau von Batteriezellfabriken gefördert, um den notwendigen Mobilitätswandel voranzutreiben. Der Strombedarf wird sich bis 2040 auf 130.000 Gigawattstunden im Jahr vervielfachen“, sagt Florian Degen. „Dies entspricht dem jährlichen Strombedarf von Norwegen oder Schweden im Jahr 2021.“ Laut der Studie braucht man mit dem heutigen Know-how und Stand der Produktionstechnologie für die Fertigung einer Batteriezelle mit einer Speicherkapazität von einer Kilowattstunde 20 bis 40 Kilowattstunden Energie. Dabei ist das Material noch nicht mitberücksichtigt.

Neue Technologien benötigen weniger Energie

Die Studienergebnisse des Forscherteams prognostizieren, dass man durch technologische Verbesserungen der Produktion, wie zum Beispiel der Einsatz von Wärmepumpen, alternativen Trocknungstechnologien, neuen Trockenraumkonzepten und durch Lern- und Skaleneffekte bis 2040 bis zu 66 Prozent Energie einsparen kann. Diese potenziellen Einsparungen entsprechen dem Elektrizitätsverbrauch von Belgien oder Finnland im Jahr 2021. Ebenso zeigen die Ergebnisse auf, dass man für die Produktion alternativer Batterietechnologien, wie etwa von Feststoffbatterien deutlich weniger Energie je erzeugter Batteriespeicherkapazität benötigt als für die Produktion von heutigen Lithium-Ionen Batterien.

Der Fokus der Fraunhofer FFB liegt auf der Erforschung neuartiger und innovativer Produktionstechnologien. Dazu werden auf Basis umfangreicher Erfahrungswerte aus Wissenschaft und Praxis sowie aus Untersuchungen an der eigenen Infrastruktur Lösungen erarbeitet, die nachhaltig die gesamte Wertschöpfungskette optimieren. Zum Beispiel können Environment-Lösungen einen entscheidenden Beitrag leisten, um Energie- und Betriebskosten zu reduzieren. „Unser Ziel ist es einerseits die Produktion von heutigen Batterien (LIBs) nachhaltiger und kostengünstiger zu gestalten, andererseits die industrielle Produktion von zukünftigen Batteriezellen (PLIBs) überhaupt erst zu ermöglichen“, sagt Degen.

An der Studie waren neben Florian Degen auch Martin Winter (MEET), Jens Tübke (Fraunhofer FFB, KIT) und David Bending (Universität Münster) beteiligt.

2.10.2023 | Quelle: Fraunhofer FFB | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH