Batteriespeicher
Also, nicht die kleinen Dreifach-A-Batterien für Wecker oder Knopfzellen für Hörgeräte, sondern riesige Container und Lagerhallen, die Energie zwischenspeichern können. Diese sind vor allem für erneuerbare Energien wie Wind- und Solarstrom wichtig. Denn Wind- und Solarenergie sind von Wind und Sonne abhängig.
Zum Beispiel bei Solarenergie wird nur tagsüber Strom produziert, aber abends und nachts gibt es keine Sonne. Und genau da wird mehr Strom verbraucht, wenn ihr Serien guckt, noch eine Waschmaschine anschaltet oder Licht zum Lesen braucht. Wie und warum Energiespeicher jetzt unsere Industrie umkrempeln, darum geht es in dieser Folge des Forschungsquartetts. Mein Name ist Wieland Mikulajczyk. Wie gut, dass ihr dabei seid. Das Forschungsquartett – Wissenschaft bei detektor.fm. Energie Speicher – Wissenschaft bei detektor.fm.
Aktuelle Entwicklungen
Wir sehen in Deutschland gerade Höchststände bei der Investition in stationäre Energiespeicher. Allein im ersten Quartal dieses Jahres wurden Energiespeicher mit einer Kapazität von 2 Gigawatt neu in Betrieb genommen. Insgesamt sind es mittlerweile 28 Gigawatt in Deutschland – das ist so viel Strom, wie die privaten Haushalte in Berlin und Hamburg zusammen an einem Tag verbrauchen.
Volker Quaschning ist seit 2004 Professor für regenerative Energiesysteme an der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Berlin und Mitinitiator der Gruppe Scientists for Future. Herr Quaschning, herzlich willkommen im Forschungsquartett! Ja, vielen Dank für die Einladung. Es wurde in den vergangenen Wochen viel über Batteriespeicher gesprochen. Immer wieder war es Thema in den Medien. Warum sind die momentan denn so ein großes Ding in Sachen Energiewende?
Na ja, erstmal hat sich bei der Energiewende einiges getan und auch bei den Batteriespeichern. Was hat sich bei den Batterien getan? Die sind erstmal viel preiswerter geworden. Also, wenn wir jetzt ein paar Jahre zurückdenken: Vor zehn Jahren waren die Preise noch mehr als viermal so hoch. Das heißt, da war der Wirtschaftlichkeitsgedanke gar nicht so gegeben.
Das heißt, da waren Batterien nice to have, aber nicht so unbedingt ökonomisch. Jetzt rechnen sie sich, und jetzt haben wir auch die Bedingungen, dass wir viel mehr Solar- und Windenergie im Netz haben. Und wir hatten schon jetzt im Frühjahr, am 1. Mai, viel zu viel Solarstrom, den wir gar nicht verbrauchen konnten. Man musste Solaranlagen abregeln, also den Solarstrom wegschmeißen.
Notwendigkeit von Speichern
Und da liegt es natürlich nahe, dass wir dann Speicher brauchen, also den überschüssigen Strom dann in Batterien reinpacken, in die Nacht retten und so die Energiewende ein Stückchen weiter voranbringen. Und insofern haben wir da eine Win-Win-Situation. Wir brauchen die Speicher, und sie sind auch da.
Sie haben gerade schon gesagt, die sind in den letzten Jahren ziemlich billig geworden im Vergleich. Also, ich habe mal so eine Zahl gefunden: Vor 30 Jahren hat so eine Kilowattstunde ungefähr 5000 Euro gekostet. Mittlerweile sind es nur noch 50. Woran liegt das? Genau, also man muss unterscheiden: Nicht alle Batteriespeicher waren vor 30 Jahren so teuer. Damals war die Bleibatterie auch schon recht günstig.
Die kennt man ja so vom Auto als Starterbatterie. Nur die ist, wie der Name schon sagt, bleischwer. Also für viele Anwendungen einfach nicht geeignet. Deswegen war das jetzt nicht so der geeignete Speicher für die Energiewende. Und die Lithiumspeicher, die einfach wirklich das Potenzial haben, der Gamechanger für die Energiewende zu sein, die waren wirklich so teuer.
Entwicklung der Lithiumbatterien
Die wurden aber halt auch nur in sehr kleinen Stückzahlen eingesetzt. Am Anfang Laptop, gut, vor 30 Jahren kamen auch die Laptops erst auf. Im Businessbereich war der Preis dann auch erstmal ziemlich egal. So ist das halt dann der Gang der Dinge. Und dann sind die Batterien preiswerter geworden, haben sich dann entwickelt von Laptop dann zum E-Auto.
Tesla hatte am Anfang auch so Laptop-Batterien eingesetzt, bis man dann spezielle E-Auto-Batterien hatte. Und jetzt sind die halt einfach so günstig, dass man die einfach containerweise auf die grüne Wiese stellen kann und für die Energieversorgung verwenden kann. Und das ist natürlich eine spannende Entwicklung.
Ja, welchen Einfluss hatten diese Entwicklungen, diese Veränderungen für die Industrie und vor allen Dingen für die deutsche Industrie? Also, das klingt ja dann wirklich spannend für die. Ja, also wir haben erstmal natürlich diese große Entwicklung, weil wir Serienfertigung gemacht haben und einfach auch technologisch die Anlagen weiterentwickelt haben, die Batteriespeicher.
Leider ist das nicht in Deutschland erfolgt, sondern in China. Das heißt, also die großen Platzhirsche, die kennt man in Deutschland gar nicht. Wenn ich jetzt auch irgendwie frage, wer kennt CATL, dann fragen alle nur: „Fragen?“ Das ist jetzt irgendwie der weltweit größte Batteriehersteller, kommt aber aus China, nicht aus Deutschland.
Herausforderungen für die deutsche Industrie
Wenn man jetzt in Deutschland guckt, wer stellt Batterien her, gibt es auch noch welche, aber ganz kleine Unternehmen, die eher Supply-Batterien machen. Also, das heißt, da ist die Entwicklung halt einfach, die in China stattfindet. Deswegen haben wir hier erstmal bei der Batteriezellherstellung nicht so große Player in Deutschland, die davon profitieren.
Wir haben hier Ansiedlungen, also die Chinesen bauen derzeit auch Werke in Europa. Also das heißt, insofern gibt es da auch Sachen. Deswegen ist dann bei den Batterien halt eher die Anwenderseite. Das heißt, also was jetzt deutsche Unternehmen machen, die Zellen die halt aus China kommen, halt zu Systemen zusammenzubauen.
Und da kann man natürlich dann schon Know-how entwickeln. Das heißt, wie kann ich jetzt Batteriespeicher so einsetzen, dass die halt möglich sind, dass die möglichst ideal für die Energiewende eingesetzt werden, dass die halt gut geladen werden, dass ich entsprechende Modelle habe, dass die Batterien auch dann Reservestrom liefern können, um die Netze zu stabilisieren.
Neue Geschäftsfelder
Das sind so Sachen, die man hier durchaus in Deutschland auch noch entwickeln kann mit den chinesischen Batterien, die dann auch verkaufen kann. Und natürlich auch zunehmend wird es für Unternehmen interessanter, auch wenn ich jetzt gar nicht mit Batterien irgendwas zu tun habe, meinen Strom zu stabilisieren durch Batterien.
Das heißt, also auch in Unternehmen Batterien einsetzen. Also, wir haben jetzt gerade ja die hybride Kriegsführung. Die Stromversorgung wird immer mehr angegriffen, auch durch Russland und Co. Und da ist es ja vielleicht auch ganz gut, eine Absicherung zu haben.
Die Strompreise schwanken. Wir haben es vor vier Jahren gesehen, als der Angriffskrieg in der Ukraine begonnen hat, dass die Strompreise regelrecht explodiert sind. Wenn ich jetzt eine Solaranlage und einen Batteriespeicher habe, kann ich mir die Energiepreise stabilisieren, viel billiger das entsprechend selber machen. Und das sind dann neue Geschäftsfelder, die halt auch für alle Unternehmen interessant werden.
Forschung an Alternativen
Also insofern haben wir A die Unternehmen, die halt bei den Speichertechnologien aktiv sind, aber halt auch Unternehmen, die einfach die Batteriespeicher einsetzen. Es wird momentan mit Hochdruck an weiteren Alternativbatterien geforscht. Welche Ansätze gibt es denn da, und welche Idee halten Sie denn davon für besonders vielversprechend?
Ja, es ist immer sehr spannend. Also, man hat vor einigen Jahren noch gesagt, na ja, die Lithiumbatterie ist halt so eine Übergangstechnologie, und das Potenzial ist da vielleicht noch so ein bisschen begrenzt. Und die Preise, die wir auch jetzt sehen, die wir heute sehen, also die hätte vor zehn Jahren kaum jemand für vorstellbar gesehen, auch im Forschungsbereich.
Also da ist jetzt wirklich viel passiert, und die Lithiumbatterien haben sich einfach auch schneller weiterentwickelt. Bei den Lithiumbatterien muss man zwei Zelltypen oder Kategorien unterscheiden. So, die Zellen, die man aus dem Handy kennt, das sind so LMC-Zellen, also da ist dann Lithium drin, Mangan, Kobalt, Nickel.
Also, das ist die entsprechende Materialiengruppe. Die lassen sich relativ kompakt und leicht bauen. Deswegen sind die auch bei effizienten Elektroautos beliebt. Aber vor einigen Jahren kam jetzt ein neuer Batteriezelltyp, auch auf Lithium basierend, LFP oder Lithium-Eisenphosphat. Da brauchen wir zum Beispiel kein Kobalt mehr, was immer entsprechend auch in der Kritik ist aufgrund der Abbaubedingungen.
Materialwechsel und Preisentwicklung
Und da brauchen wir Eisen und Phosphor, was jetzt, sage ich mal, so allerwelts Materialien sind. Und damit ist es auch gelungen, die Preise der Batterien halt massiv zu senken, weil man halt jetzt auch so einen Materialswitch gemacht hat. Die Batterien sind jetzt nicht so super, was die Kompaktheit anbelangt. Also, jetzt bei Elektroautos setzt man die auch ein, aber die Reichweite ist dann nicht ganz so groß wie mit den anderen.
Aber sie lassen sich halt wesentlich billiger und gutmöglich herstellen zu Preisen, die man sich, wie gesagt, vor einigen Jahren noch gar nicht hätte vorstellen können. Deswegen hat man vor einigen Jahren noch gesagt, ja, irgendwann müssen wir andere Technologien haben. Dann werden wir dann, was weiß ich, auf die Natrium-Ionen-Batterie setzen, weil Natrium ist halt billiger auch als Lithium.
Und das wird jetzt bald kommen, und die Lithium-Batterie ablösen. Das ist erstmal vertagt, weil die Lithium-Batterie so billig geworden ist, dass man mit der Natrium-Batterie gar nicht mehr so wahnsinnig große Kostenvorteile hat. Das heißt, solange das Lithium verfügbar ist, wird man wahrscheinlich auch erstmal noch lange die Lithium-Batterie sehen.
Langfristige Entwicklungen
Wenn das Lithium irgendwann mal knapp werden sollte und die Preise anziehen, dann hat die Natrium-Batterie, weil wir da keine Rohstoffprobleme haben, einfach auch die Möglichkeit, dann das Lithium zu ersetzen. Und langfristig wird auch an der Feststoffbatterie geforscht, dass man also hier jetzt einen etwas anderen Zelltyp hat, der aber eine wesentlich höhere Energiedichte hinbekommt. Der ist dann nochmal deutlich größer.
Dann könnte man jetzt Autos bauen, die 2000 Kilometer Reichweite schaffen oder vielleicht auch irgendwie im Flugzeugbereich, dass man da auch schon da ist. Das ist ja schwierig, dass man auch schon irgendwann mal drüber nachdenkt, zumindest mal bei der Kurz- oder Mittelstrecke, dann auch Flieger zu bauen, die mit Batterien angetrieben werden.
Dafür braucht man noch leistungsfähigere Batterien, aber da wird auch schon noch einiges kommen. Da gibt es noch einige spannende Entwicklungen voraus.
Recycling und Umweltaspekte
Ein häufiges Argument gegen Batteriespeicher ist der massive Bedarf an Rohstoffen wie eben Lithium oder Kobalt oder Nickel. Haben Sie gerade schon angesprochen. Diese Rohstoffe zu gewinnen ist extrem aufwendig und schlecht für die Umwelt. Also, da wird massig Wasser zum Beispiel verbraucht für den Bergbau. Dabei werden auch Lebensräume in Südamerika ganz stark zerstört.
Nun gibt es eine Studie, die davon ausgeht oder mehrere Studien, die davon ausgehen, dass durch Recycling ein geschlossener Batteriekreislauf geschaffen werden kann. Da werden Zahlen von 90 bis 95 Prozent der Materialien als wiederverwendbar dann aufgeführt. Für wie realistisch halten Sie das denn?
Das Recycling ist erstmal ein sehr großes und spannendes Thema. Da müssen wir auch hin. Also, man muss einfach schauen, auch nochmal zu den Nachteilen oder den Umweltaspekten der Lithiumbatterie. Es wird ja immer oft gesagt, das Elektroauto ist ja noch so umweltschädlich, deswegen kann man es sich nicht kaufen.
Und der Schluss ist dann, ich fahre weiter Dieselauto. Da ersetze ich ja die Grippe mit der Pest und Cholera gleichzeitig. Deswegen muss man einfach sehen, bei der Lithiumbatterie hat man Umweltvorteile und Nachteile, aber die Mengen, die man natürlich aus der Erde rausholen muss für eine Autobatterie sind überschaubar.
Vergleich zu Verbrennerautos
Während, wenn ich jetzt ein Diesel- oder Benzinauto fahre, dann muss ich ja jedes Jahr badewannenweise Erdöl aus der Erde rauskratzen. Das hat natürlich auch massive Auswirkungen, auch auf die Trinkwasserqualität. Die wiederholt sich jedes Jahr. Das ist halt der Vorteil. So eine Lithiumbatterie im Auto kann 20 Jahre halten. Das heißt, hier muss ich einmal einen Umweltschaden anrichten, der dann 20 Jahre trägt.
Beim Verbrennerauto richtet es diesen Schaden jedes Jahr an. Also insofern hat auch schon jetzt ohne Recycling die Technologie mit Solarzellen, Batterien oder sowas erstmal schon mal die Nase vorne. Aber es kann ja nicht Sinn sein, dass wir dann die Materialien rausholen und dann wegschmeißen und wieder rausholen, weil dann haben wir das Problem, das haben wir auch irgendwann beim Erdöl.
Irgendwann sind die Materialien halt alle. Das heißt, die Ressourcen auf dieser Erde sind begrenzt, und wir werden nicht 1000 Jahre lang Autobatterien bauen können und die wegschmeißen. Also müssen wir ins Recycling einsteigen.
Notwendigkeit von Recycling
Zumal wir in Europa auch diese Rohstoffe nicht haben. Das heißt, wenn wir uns unabhängig machen wollen in Europa, ist es ganz gut. Wir statten einmal alle mit Batterien und E-Autos und Solar- und Windrädern aus. Und wenn wir die Materialien einmal in Europa im Land haben und dann zu 100 Prozent Recycling kommen, dann werden wir ja komplett unabhängig, weil wir dann aus den alten Anlagen wieder neue herstellen können.
Und da müssen wir hin. Am Ende ist das wieder eine Preisfrage. Oftmals, aber warum findet das Recycling momentan nicht in großem Maße statt? Weil es oftmals billiger ist, die Materialien neu aus der Erde zu holen und die alten wegzuschmeißen, als die Materialien zu recyceln und wieder aufzuarbeiten.
Deswegen haben wir ja auch bei klassischen Batterien, bei Handy-Akkus oder Laptop-Akkus, sind die Rücklaufquoten auch relativ klein. Das hat einfach ökonomische Gründe. Also, das heißt, die Hersteller, die jetzt, was weiß ich, einen Handy-Akku herstellen oder einen Apple, Samsung oder sonst irgendwie, die sammeln ihre eigenen Akkus natürlich nicht ein, weil es einfach billiger ist, dann halt neue Akkus zu machen.
Gesetzgeber und Recycling-Richtlinien
Dann verspricht man natürlich ein bisschen, Recycling-Materialien zu verwenden, aber am Ende regelt das der Preis. Und deswegen muss der Gesetzgeber da tätig werden. Also ohne, dass es vorgeschrieben wird, dass Recycling stattfindet, findet es relativ wenig statt. Da gibt es durchaus Recycling-Richtlinien. Da sind gewisse Recycling-Anteile vorgeschrieben in der EU mit steigendem Anteil, was auch gut ist aufgrund der Rohstoffabhängigkeit.
Technisch ist es heute schon möglich, weit über 90 Prozent der Materialien zu recyceln. Es gibt also deutsche Unternehmen, die es schaffen, die Batteriematerialien hoch zu recyceln. Das heißt, man sammelt die Batterien ein, dann entlädt man die erstmal vollständig, dass da nichts anfängt zu brennen. Und dann werden die geschreddert.
Und dann kann man die Materialien größtenteils rausholen. Es gibt so ein paar Materialien, die in kleinen Mengen vorkommen oder Kunststoffe, die man da nicht zurückgewinnen kann. Aber man kann schon wirklich einen sehr großen Anteil, weit über 90 Prozent, rausholen. Und wenn das gesetzlich vorgeschrieben ist, passiert das auch.
Ausblick auf die Zukunft
Und insofern habe ich da große Hoffnung, dass wir dann auch irgendwann mal in eine vollständige Recyclingwirtschaft dann kommen werden. Als letzte Frage: Sehen Sie noch Schwierigkeiten oder Probleme bei den Batteriespeichern, die wir überwinden müssen? Und wie könnten wir diese überwinden?
Es ist immer spannend, was jetzt alles gerade passiert. Also, zwei chinesische Hersteller haben zum Beispiel jetzt neue Batterietypen für die Elektromobilität vorgestellt. Da kann man jetzt in fünf bis sieben Minuten den Akku vollladen. Also, das heißt, man fährt an eine Schnellladesäule ran und kann in fünf bis sieben Minuten wieder los.
Das ist ja genauso schnell wie beim Tanken. Also, wo man ja vorher gesagt hat, boah, das ist irgendwie der Riesennachteil vom Elektroauto, dass man so lange Zeiten hat. Also, das ist überbrückt. Problematisch war auch immer die tiefen Temperaturen. Auch das haben die Hersteller gekriegt.
Fazit
Also, das heißt, ein Problem nach dem anderen erledigt sich eigentlich. Und wir sehen jetzt einfach auch die Dynamik beim Wachstum. Also, wir haben jetzt Wachstumsraten im oberen zweistelligen Prozentbereich jedes Jahr bei den Batterien. Also, die setzen sich einfach auf dem Markt durch. Natürlich, wir hatten ein paar Punkte angesprochen.
Also klar, die Recyclingproblematik muss man machen. Die Batterien müssen noch besser werden, damit man irgendwann vielleicht auch Flugzeuge mitbestücken kann. Aber es hindert uns nicht. Also für die stationären Anwendungen, für die Stromversorgung, für Elektroautos, E-LKWs ist das, was momentan auf dem Markt ist, schon vollkommen ausreichend.
Und man braucht jetzt nicht mehr auf irgendeinen technologischen Durchbruch zu warten, bis man jetzt bei der Energiewende durchstarten kann. Und das Schöne ist dann immer, die Erfahrung lehrt das auch bei der Solartechnik. Wenn jetzt erstmal der Markt von selber anspringt und ich einfach ohne Förderung auch solche Batteriespeicher hinstelle, dann entwickelt der Markt sich auch immer weiter.
Weil natürlich die Hersteller im Wettbewerb sind, sich gegenseitig versuchen zu überbieten. Das haben wir jetzt gerade gesehen bei den Chinesen. Also, der CATL hat was vorgestellt, BYD auch. Im Abstand von ein paar Wochen haben die beide ihre Superbatterien vorgestellt. Und der Wettbewerb sorgt dann auch dafür, dass die Batterien immer besser werden und neue Anwendungsgebiete erschlossen werden.
Also insofern, da sind wir mittlerweile so weit, dass wir da gespannt auf die Zukunft gucken können. Das sagt Volker Quaschning, Professor für regenerative Energiesysteme an der HTW Berlin. Vielen Dank für Ihre Zeit und das spannende Gespräch. Sehr gerne.
Ein herzliches Danke auch an Paula Böhtemann, die hat diese Folge nämlich produziert. Das war es mit dem Forschungsquartett für diese Woche. Immer donnerstags erscheint eine neue Folge, und wir freuen uns, wenn ihr wieder reinhört und einem wissenschaftsbegeisterten Menschen davon erzählt. Ich bin Wieland Mikulajczyk, vielen Dank fürs Zuhören, bleibt neugierig und bis zum nächsten Mal. Das Forschungsquartett – Wissenschaft bei detektor.fm. www.detektor fm at
Foto: Cornelia Quaschning