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Erinnern Sie sich noch an den Duracell-Hasen? Diese batteriebetriebene Figur kam 1973 auf den Markt und war in der weltweiten Duracell-Werbung stets präsent. Die Hasen trommelten noch, als andere Batterien längst aufgegeben hatten.
Die ersten Batterien, mit denen die meisten von uns vermutlich in Berührung kamen, waren die AA- oder AAA-Mikrozellen, die in vielen Haushaltskleingeräten sowie in Spielzeug verwendet werden. Wer hätte damals gedacht, dass Batterien unseren Planeten transformieren würden? Die Lithium-Ionen-Akkus, die seit den 1990ern in Laptops verwendet werden, waren im Grunde Vorläufer der Batterien, wie sie heute in E-Autos eingebaut werden.
Spektakulärer Fortschritt dank Tesla
2006 präsentierte Elon Musk den Prototyp des ersten batteriebetriebenen Autos, den Tesla Roadster. In den nächsten sechs Jahren produzierte Tesla 2450 Fahrzeuge auf der Basis des Fahrgestells eines Lotus Elise. Es war der Beginn der Elektroauto-Revolution, die im Begriff ist, die globale Automobilindustrie völlig umzukrempeln. Nachdem Europa im vergangenen Jahr die 10-Prozent-Marke des Marktanteils bei den Neuzulassungen von E-Autos geknackt hat, deutet alles darauf hin, dass E-Autos in die S-Kurve eines exponentiellen Wachstums eintreten werden.
Dementsprechend hat es bei den in Elektroautos verwendeten Batterien zwei entscheidende Weiterentwicklungen gegeben.Die 2170er-Batterie (21 mm x 70 mm) des Tesla Model 3 wurde durch eine eigene ersetzt, die als 4680er-Batterie deutlich grösser ist (46 mm x 80 mm). Diese wird mit Schaumstoff verkleidet und ist fester Bestandteil der Fahrzeuge.
Bei den neuen Fahrzeugen von Tesla ist die neuartige «Skateboard»-Konfiguration das zentrale Element der Karosserie. Andere Autobauer beeilen sich, diese revolutionäre Entwicklung zu kopieren. Wegen des geringeren Gewichts und der vereinfachten Produktion bezeichneten Ingenieure von Toyota die Karosserie von Tesla als «ausgesprochen schön».
Seit dem Start des Tesla Roadster wird in der Batterietechnologie ein spektakulärer Fortschritt verzeichnet. Seit 2008 ist die Energiedichte von Batterien von 50 auf 500 Wattstunden pro Liter (Wh/l) gestiegen. In Laborbatterien wurden 711 Wh/l erreicht, und weitere Fortschritte sind zu erwarten. Derweil sind die Kosten pro Kilowattstunde von tausend auf hundert Dollar gesunken – ein Preis, der bis 2030 mindestens noch einmal halbiert werden dürfte.
Der Bedarf an Batterien wird sich bis 2030 um mehr als das Fünffache erhöhen.Es ist tatsächlich nur der rasche Fortschritt punkto Preis und Leistung von Batterien, der es ermöglicht, dass Elektroautos, anfänglich Liebhaberobjekte, inzwischen Mainstream geworden sind. Die Reichweite des Tesla Model S hat sich in den vergangenen zehn Jahren von 424 km auf 648 km erhöht. Allerdings kann der kürzlich vorgestellte Lucid Air, ein amerikanisches Elektroauto, das im April den «World Luxury Car of the Year Award» gewann, mit einer Reichweite von über 800 km punkten.
Angestossen wurde die globale Elektroauto-Revolution von China, das eine Lösung für die chronisch schlechte Luft in den Städten finden musste. Die chinesische Regierung setzte auf Elektroautos und subventionierte die Produktion. CATL (Contemporary Amperex Technology Ltd.), ein Unternehmen, das 2011 in Ningde (Provinz Fujian) gegründet wurde, hat den Fortschritt in der Batterietechnologie massgeblich vorangetrieben. In nur zwölf Jahren hat CATL einen Marktanteil von 40,9 Prozent erobert.
Das Unternehmen soll eine neue, «leichte» Lithium-Schwefel-Batterie entwickelt haben, die im Herbst in Produktion gehen dürfte. Welche Bedeutung CATL für die weltweite Umstellung auf elektrische Energie hat, zeigt sich darin, dass das Unternehmen eine doppelt so grosse Marktkapitalisierung aufweist wie Volkswagen.
An zweiter Stelle, deutlich hinter CATL, steht BYD (Build Your Dream) mit einem Marktanteil von 15,6 Prozent. BYD, ansässig in Shenzhen (Provinz Guangdong), hat – wie Tesla – eine vertikal integrierte Produktion aufgebaut und ist weltweit der zweitgrösste Produzent von E-Autos und Batterien. Auf chinesische Batterieproduzenten entfallen 80 Prozent des Marktes. 2022 waren 488 Gigawattstunden auf den Strassen unterwegs, eine Steigerung von 70 Prozent.
Zu 95 Prozent wiederverwertbar
Nach Schätzungen des Londoner Fintech-Unternehmens iClima Earth wird sich der Bedarf an Batterien bis 2030 um mehr als das Fünffache erhöhen. Um das Netto-null-Ziel des Weltklimarats (IPCC) im Jahr 2050 zu erreichen, könnte der Batteriebedarf, gemessen am heutigen Niveau, um das 25fache steigen.
Orientiert an den Vorbildern BYD und Tesla, gehen Autobauer inzwischen dazu über, ihre Batterien selbst zu produzieren. In den USA sollen zwanzig neue Batteriefabriken in Planung sein. Der weitere Ausbau der Batterieproduktion wird zu sinkenden Preisen und steigender Nachfrage führen.
Der künftige Batteriebedarf beschränkt sich nicht auf Autos. Grosse Energiespeicher werden benötigt, damit Stromnetze, die zunehmend Sonnen- und Windenergie verbrauchen, bei Versorgungslücken nicht ausfallen. Auch der Energiespeicherbedarf von Privathaushalten nimmt enorm zu. Der entstehende Speichermarkt wird abermals von Tesla angeführt. Einige Beobachter vermuten, dass die Nachfrage nach stationären Batterien für Stromversorger, Unternehmen und Privathaushalte den Bedarf von E-Autos übersteigen könnte.
Auch andere Branchen werden von leistungskräftigeren Batterien profitieren. Drohnen und VTOLs (vertikal startende und landende Flugzeuge) werden ihre Antriebsenergie aus Batterien beziehen. Das israelische Start-up Eviation hat ein Flugzeug (für neun Passagiere bzw. 1179 kg Nutzlast) mit einer Reichweite von 400 km entwickelt und erfolgreich getestet. Vier Fluggesellschaften einschliesslich DHL haben bereits Bestellungen aufgegeben. Batterien werden auch humanoide Roboter mit Energie versorgen, die Tesla für den Einsatz am Fliessband vorbereitet. Elon Musk hat prophezeit, dass die Zahl der humanoiden Roboter die Zahl der acht Milliarden Menschen auf der Welt übersteigen werde.
Natürlich melden sich auch Kritiker zu Wort. Für eine batteriegestützte Wirtschaft gibt es angeblich nicht genug Lithium. Doch als 2021/22 der Lithiumpreis spekulationsbedingt in die Höhe schoss, stellte sich wundersamerweise heraus, dass es überall Lithiumvorkommen gab, die nur darauf warteten, abgebaut zu werden. Seit November 2022 ist der Spotpreis von Lithium um 70 Prozent gefallen. Der Mangel an Lithiumhydroxid könnte zu Lieferengpässen führen, aber der Privatsektor wird auch diesmal Lösungen finden. Teslas Lithiumhydroxid-Raffinerie in Texas beispielsweise ist fast fertig.
Die Zahl der humanoiden Roboter wird die Zahl der acht Milliarden Erdenbewohner übersteigen.Das rasche Wachstum auf dem Batteriemarkt hat, kaum überraschend, Umweltschützer auf den Plan gerufen. In einem kürzlich erschienenen Artikel in diesem Blatt haben Axel Robert Göhring und Michael Limburg vor der gefährlichen Giftigkeit von Lithium gewarnt (Weltwoche Nr. 16/23). Aus einigen Berichten geht hervor, dass es in unterentwickelten Ländern eine weitverbreitete illegale Entsorgung von Batterien gibt. Das wird sich ändern. Gebrauchte Batterien haben ihren Wert. Rund 95 Prozent der in ihnen enthaltenen Stoffe, einschliesslich Lithium, können recycelt werden.
Weniger Umweltkosten
J. B. Straubel, der ehemalige Chief Technical Officer von Tesla, ist Gründer und Chef von Redwood Materials, einem Unternehmen, das Verfahren zur Wiederverwertung von 95 Prozent der Bestandteile von leeren Lithiumbatterien entwickelt hat. Straubel glaubt, dass sein Unternehmen recycelte Metalle zum halben Preis produzieren und damit zu einer Kreislaufwirtschaft beitragen kann. Dies wird weniger Umweltkosten verursachen als fossile Energieträger wie Öl, Gas und Kohle, die nur einmal verwendet werden können. Wie die NGO Transport & Environment berichtet, braucht eine regenerative Wirtschaft um ein Vielhundertfaches weniger Bodenschätze als eine Wirtschaft, die auf fossilen Energieträgern basiert.
Inzwischen ist klar, dass die ölbasierte Wirtschaft angesichts der Klimakrise zu neuen Energieträgern übergeht – Wind, Sonne und Batterien. Die Kosten sprechen eindeutig dafür. Die Batteriewirtschaft wird laufen und laufen – genau wie der Duracell-Hase.