Radikal günstiges Rohmaterial gesucht

Welche neuen Batterietechnologien werden wir in den kommenden Jahren auf dem Speichermarkt sehen?

Das ist nicht so einfach zu beantworten. Es gibt durchaus Entwicklungen mit vielversprechendem technologischem Potenzial. Ob diese Technologien aber auch eine reelle Chance am Markt haben, ist eine andere Frage. Jede neue Technologie wird sich in den kommenden Jahren im Preiswettbewerb gegen Lithium-Ionen-Batterien behaupten müssen. Die Preise für diese Technologie sind stark gesunken, vor allem weil der Elektromobilitätsmarkt dahintersteht. Die Skaleneffekte, die Lithiumsysteme über den Automobilmarkt erreichen, sorgen für einen verzerrten Wettbewerb mit den Technologien, die in wesentlich kleineren Stückzahlen nur für den stationären Markt angeboten werden. Viele Hersteller planen derzeit zudem massive Erweiterungen ihrer Produktionskapazitäten. Das wird die Preise noch weiter unter Druck setzen. Eine zusätzliche Schwierigkeit neben der fehlenden „Economy of scale“ für Non-Automotive-Technologien ist, dass neue Technologien am Anfang immer teurer sind als Technologien, die schon länger am Markt bestehen.

Das könnte bedeuten, dass sich vielversprechende Batterietechnologien, die zum Beispiel umweltverträglicher oder potenziell kostengünstiger sind, eventuell nicht durchsetzen werden, weil sie mit den Skaleneffekten von Lithiumakkus nicht mithalten können. Wäre das nicht schade?

Da stimme ich Ihnen zu. Das wäre schade. Die Lithiumvorkommen sind begrenzt, und es ist auch nicht unbedingt vorteilhaft, wenn es nur eine alles dominierende Technologie gibt. Das Problem ist hier die Marktrealität. Und da setzen Lithium-Ionen-Batterien derzeit eben die Maßstäbe. Es handelt sich dabei aber auch um ein sehr gutes Produkt, was Leistung, Energiedichten, Lebensdauern und Wirkungsgrade angeht. Auch deswegen ist es schwierig, mit Lithiumbatterien zu konkurrieren.

Was muss eine neue Batterietechnologie leisten, um sich gegen Lithium-Ionen-Batterien behaupten zu können?

Wer immer in diesen Markt hineingeht, muss bereit sein, in der Anfangszeit mit Verlusten zu leben. Um dann mittelfristig ein konkurrenzfähiges Preisniveau zu erreichen, wird es außerdem nötig sein, einen systematischen Vorteil auf der Materialkostenseite zu haben. Das heißt, die Technologie muss vom Rohmaterial her so radikal günstiger sein, dass sie auch mit geringeren Produktionsvolumina eine Chance hat. Eine weitere Herausforderung sind die hohen Wirkungsgrade der Lithium-Ionen-Technologie. Bei vielen neuen Technologieansätzen sind die Wirkungsgrade noch 10 bis 15 Prozent niedriger als bei Lithium-Ionen-Batterien. Gerade bei hohen Ladungsumsätzen macht das eine Menge aus. Und jede Kilowattstunde, die verloren geht, müssen Sie mit in die Betriebskostenrechnung hineinnehmen.

Ein Unternehmen, das mit seiner AHI-Batterie, auch Salzwasserbatterie genannt, auf radikal günstige Rohmaterialien setzt, ist Aquion (siehe Artikel auf Seite 24). Was halten Sie von diesem Ansatz?

Das geht in die richtige Richtung. Prinzipiell hat diese Technologie sicherlich ein gutes Potenzial, geringe Kosten zu erreichen. Auch die gute Umweltverträglichkeit und die geringen Sicherheitsrisiken sind sicherlich Pluspunkte. Was die Leistungswerte angeht, hat sie gegenüber Lithiumbatterien aber einige Nachteile. Aufgrund der deutlich geringeren Energiedichte ist die AHI-Batterie für mobile Anwendungen kaum geeignet. Sie ist außerdem auch keine Hochleistungsbatterie. Die Auslegung sieht eher eine 10- bis 20-stündige Be- beziehungsweise Entladung vor. Bei aktuellen Anwendungen sind allerdings eher ein bis zwei Stunden realistisch, wofür deutlich höhere Stromraten benötigt werden. Dann brechen Wirkungsgrad und nutzbare Kapazität der Batterie aber schon erheblich ein. Für die Frequenzregulierung im Stromnetz ist diese Technologie daher weniger geeignet. Auch für den Photovoltaikspeicher im Wohnhaus ist die Technologie wahrscheinlich nicht optimal.

Aquion gibt an, die AHI-Batterie auch gezielt für die Speicherung von Photovoltaikstrom im Wohnhaussegment zu vermarkten. Warum sind Sie bei dieser Anwendung skeptisch?

Um in den Bereich der Wirtschaftlichkeit zu kommen, muss ein Heimspeicher im Idealfall jeden Tag komplett be- und entladen werden, sodass die gesamte Kapazität genutzt wird. An manchen Tagen bleibt dafür aber nur wenig Zeit, zum Beispiel wenn der Himmel über mehrere Stunden bewölkt ist. Eine Aufladung innerhalb von zwei Stunden sollte daher schon möglich sein. Das wirkt sich bei der AHI-Batterie aber negativ auf den Wirkungsgrad aus, der gerade im Wohnhaussegment besonders wichtig ist. Der Wert für verschenkten Strom ist hier für den Kunden ja relativ groß, weil er dem Wert für Netzstrom, also etwa 28 Cent pro Kilowattstunde, entspricht.

Sehen Sie dann einen anderen Markt für die AHI-Batterie?

Aquion verkauft die AHI-Batterie auch in den Offgrid-Sektor hinein. In netzunabhängigen Stromversorgungssystemen macht diese Technologie sicher Sinn. Hier stehen weniger die schnellen Ladezeiten im Vordergrund, sondern mehr eine hohe Kapazität für den gespeicherten Strom. In netzfernen Energiesystemen, die zum Beispiel ausschließlich auf Photovoltaik basieren, müssen für den Verbrauch zum Teil mehrere Tage überbrückt werden. Dann spielen die Nachteile der AHI-Batterie wie die geringeren Ladeströme oder der geringere Wirkungsgrad keine wesentliche Rolle. Der Preis pro Kilowattstunde ist dort entscheidend. Hier kann die AHI-Batterie dann ihre Vorteile ausspielen.

Eine weitere Technologie, die auf besonders geringe Materialkosten setzt, ist die Polymer-Redox-Flow-Batterie von Jenabatteries (siehe Artikel auf Seite 17). Sehen Sie hier auch eine Chance, sich gegen Lithium-Ionen-Batterien zu behaupten?

Auch hier stimmt die Ansatzrichtung. Metallische Elektrolyte, wie zum Beispiel Vanadium, sind relativ teuer. Organische Elektrolyte, wie die Redox-Polymere von Jenabatteries, haben das Potenzial zu starken Preissenkungen, weil sie günstiger werden, je mehr man davon herstellt. Allerdings ist hier die Langzeitstabilität noch eine Herausforderung, und auch die Viskosität muss passen, damit das Material umgepumpt werden kann. Die verwendete günstigere Separator-Membran trägt ebenfalls zu potenziell geringeren Gesamtkosten bei. Für Redox-Flow-Batterien gilt allerdings im Allgemeinen das Gleiche wie für die AHI-Batterie: Ihre Stärken liegen eher bei langen Überbrückungszeiten und nicht da, wo kurzfristig hohe Leistung gefragt ist.

Es scheint so, dass Sie die Fähigkeit, kurzfristig hohe Leistung zu liefern, für wichtiger halten, als größere Strommengen über längere Zeiträume anzubieten. Warum?

In Deutschland verdient man heute mit Speichern nur Geld, wenn man jeden Tag wenigstens einen vollen Zyklus hat und man im Idealfall mit einstündigen Lade- und Entladeströmen arbeiten kann. Das gilt für Regelenergie, Hausspeicher oder USV-Anlagen. Es gibt bei uns kaum Anwendungen, wo man mehr als eine halbe, vielleicht maximal zwei Stunden Leistung am Stück liefert und damit Geld verdient. Wenn es regelmäßig Bedarf an so einer Leistungsbereitstellung gäbe, könnte eher eine Gasturbine eingesetzt werden, da diese von der Investition her kostengünstiger wäre. Im Bereich der netzfernen Stromversorgung sieht das Ganze allerdings wieder anders aus. Da braucht man eher große Energiemengen für längere Überbrückungszeiten. Daher sehe ich hier auch eher einen Markt für die erwähnten Lithiumalternativen. Weltweit gesehen sollte man diesen Offgrid-Markt natürlich nicht unterschätzen, auch wenn er in Deutschland nicht die große Rolle spielt.

Manche Unternehmen verfolgen auch den Ansatz, die altbewährte Bleibatterie mit neuen Konzepten zu verbessern, zum Beispiel durch die Integration von sogenannten Superkondensatoren. Wird Blei dadurch in Zukunft wieder attraktiver?

Den Ansatz gibt es im Bereich der Bleibatterien schon länger, und dabei werden entweder Materialien mit Supercap-Eigenschaften direkt in die Elektroden der Batterien integriert oder es werden durch elektrisches Zusammenschalten von Batterien und Supercaps sogenannte Hybridsysteme geschaffen. Die Kombination mit Superkondensatoren kann Sinn machen, wenn hohe Leistungsspitzen mit hoher Wiederholrate ausgeglichen werden müssen, zum Beispiel in einem Hybridfahrzeug. Da die Speicherung von Strom in einem Superkondensator kein elektrochemischer Prozess ist und dadurch Zyklenzahlen im Bereich von einer Million erreicht werden können, kann damit die kurzfristige Leistungsabgabe gesteigert und die Lebensdauer der Bleibatterie verlängert werden. Bei den Hausspeicheranwendungen ist es aber nicht die Leistungsfähigkeit der Bleibatterie, die nicht ausreichend ist, sondern die relativ hohen Investitionskosten der Bleibatterie stellen das eigentliche Problem dar. Und das Problem löst sich nicht durch eine Kombination mit relativ teuren Superkondensatoren. Bei der Bereitstellung von Regelenergie ist das wieder etwas anderes. Da sind die kleinen Ausschläge häufig und die Tiefenentladungen, bei denen die Kapazität richtig ausgenutzt wird, eher selten. Daher kann der Ansatz hier theoretisch wieder interessant sein. Eine wirtschaftlich arbeitende Anlage mit so einer Kombination im Bereich der Primärregelleistung ist aber meines Wissens noch nicht gezeigt worden.

Manche Forscher sehen auch Lithium-Luft-Batterien am Horizont. Welche Chancen geben Sie dieser Technologie?

Vielleicht wird das mal im Automobilsektor interessant. Dort ist man vor allem an der hohen Energiedichte von Lithium-Luft-Akkus interessiert. Im stationären Wohnhausbereich sehe ich die Technologie eher nicht kommen. Es ist generell fraglich, ob diese Technologie je die Marktreife erreichen wird. Die Automobilindustrie rechnet mit weiteren rund 15 Jahren Entwicklungszeit. Was Zyklenlebensdauern und Wirkungsgrade angeht, wird daraus nach heutigem Kenntnisstand aber so oder so keine Technologie für den stationären Bereich. Im stationären Bereich sind höhere Zyklenzahlen und bessere Wirkungsgrade gefragt als in normalen Elektrofahrzeugen.

Lithium-Ionen-Akkus werden also noch für lange Zeit eine wichtige Speichertechnologie bleiben. Sehen Sie hier noch mögliche Verbesserungen, die den Vorsprung dieser Technologie ausbauen werden?

Es wird auch hier eine kontinuierliche Weiterentwicklung geben. Es gibt zum Beispiel Konzepte, in Richtung Festkörperelektrolyt-Batterien zu gehen. Diese können dann eventuell mit rein metallischen Lithium-Ionen-Elektroden auskommen. Damit sollen höhere Energiedichten erreicht werden, was wiederum die Kosten senken kann. Durch den Verzicht auf den brennbaren organischen Elektrolyten wird eine Steigerung des Sicherheitslevels erreicht. Insgesamt ist durch die Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterien mit höheren Energiedichten, längeren Lebensdauern und einem verbesserten Sicherheitsstandard zu rechnen. Ein weiteres Entwicklungsziel, gerade für den stationären Bereich, ist aber nicht unbedingt nur leichter und besser, sondern vor allem billiger.

Das Gespräch führte Mirco Sieg.