Bei der mobilen Energieversorgung, insbesondere in der stark wachsenden Elektromobilität, geht momentan kein Weg an Lithium-Ionen-Batterien (LIB) vorbei. Die leistungsstarken Batterien bringen jedoch auch zahlreiche Probleme mit sich – von Rohstoffabhängigkeiten über den Zugang zu Batteriezellen und den vorgelagerten Lieferketten bis zum Verbrauch wertvoller endlicher Rohstoffe und den damit verbundenen Umweltschäden. Aus diesen vielfältigen Gründen hat das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (Fraunhofer ISI) nun eine Roadmap für alternative Batterietechnologien erarbeitet. Darin werden verschiedene Alternativen unter die Lupe genommen, die die Batterielandschaft bis 2045 diversifizieren sollen.
Das Papier widmet sich insbesondere ausgewählten Metall-Ionen-, Metall-Schwefel- und Metall-Luft- sowie Redox-Flow-Batterien. Diese werden von den Autorinnen und Autoren unter vier verschiedenen Gesichtspunkten analysiert: 1. technologische Vorteile (gegenüber Lithium-Ionen-Batterien), 2. perspektivische Anwendungsgebiete, Märkte und Lieferketten, 3. die Position Europas, 4. Kosten und 5. industrielle Skalierbarkeit. Gleichsam adressiert die Roadmap Handlungsfelder für Deutschland und die EU hinsichtlich Technologiesouveränität.
Der Roadmap zufolge weisen Metall-Ionen-Batterien (z. B. Natrium-Ionen-Batterien) oder Metall-Luft-Batterien ein hohes Potenzial für Verbesserungen in Bezug auf Nachhaltigkeit, Kosten und Ressourcenverbrauch auf, bei allerdings zugleich geringerer Energiedichte. Bei letzterer punkten hingegen Metall-Schwefel-Batterien, die sich gleichsam durch besonders geringe Kosten auszeichnen. Mit Blick auf potenzielle Anwendungen sieht das Fraunhofer ISI im wichtigen Bereich Mobilität vor allem Natrium-Ionen-Batterien als Alternative zu LIB, da hier eine weitreichende Kommerzialisierung kurz bevorstehe und die Technologie bereits in E-Bikes und Kleinwagen eingesetzt würde.
Selbst bei geringerer Energiedichte und einem entsprechend höheren Ressourcenverbrauch fällt der Rohstoffbedarf einiger Alternativen günstiger aus, da weniger kritische Rohstoffe als bei Lithium-Ionen-Batterien benötigt werden. Aufgrund mangelnder Anwendungsgebiete und Märkte dürfte allerdings der Bedarf an Lithium, Nickel und Kobalt insbesondere in den nächsten fünf bis zehn Jahren weiterbestehen. Auch die Materialkosten liegen bei vielen alternativen Batteriekonzepten potenziell niedriger als bei LIB. Um Zellen wirklich günstiger herzustellen, bedarf es jedoch einer Skalierung des Produktionsumfangs, wofür wiederum eine Nachfrage im Gigawatt-Maßstab vonnöten ist.
Unterm Strich, so das Ergebnis der Analyse, werden die alternativen Technologien die Dominanz der Lithium-Ionen-Batterien zwar nicht beenden können, allerdings dürften einige Alternativen bis 2045 dazu geeignet sein, Abhängigkeiten bei Rohstoffen, Produktion und Lieferketten in einigen Märkten zu reduzieren. Um das zu erreichen, bedürfe es aber sowohl in Deutschland als auch in der EU weiterer Anstrengungen in Forschung und Entwicklung.
