Internationale Krisen beeinflussen Entwicklung von Batterietechnologien

Um den Energie- und Verkehrsbereich von kohlenstoffhaltigen Stoffen zu befreien, ist es essenziell, dass Europa Fortschritte macht. Eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen, besteht darin, ein europäisches Batterie-Ökosystem mit einer skalierbaren Produktion und zirkulären Lieferketten aufzubauen. Internationale Krisen wirken sich jedoch auf die Entwicklungen in diesem Bereich aus, indem die Zusammenarbeit verschiedener Staaten auf die Probe gestellt. Das wiederum wirkt sich dann auf den Zugang zu wichtigen Technologien aus. Bei der Entwicklung von Batterie-Ökosystemen, die aktuell in verschiedenen Ländern wie Deutschland und der gesamten Europäischen Union entstehen, sollten diese und andere Faktoren berücksichtigt werden.

In diesem Zusammenhang bietet die neue Studie „Benchmarking International Battery Policies“ des Fraunhofer ISI, die im Auftrag des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) erstellt wurde, einen internationalen Vergleich der unterschiedlichen Strategien zur Batteriepolitik führender Länder. Der Bericht konzentriert sich auf Lithium-Ionen-, Feststoff- und alternative Batterien sowie auf die politischen Ziele und Strategien von Japan, Südkorea, China, den USA und Europa einschließlich Deutschland. Die Autor:innen der Studie haben nationale Ankündigungen, Veröffentlichungen und Roadmaps analysiert, in denen die politischen und technischen Ziele sowie wichtige Leistungsindikatoren und Finanzierungsstrategien dieser Länder beschrieben sind.

Finanzielle Unterstützung für Batterieforschung ist weltweit angestiegen

Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass alle Länder individuelle Ziele verfolgen, um ihre Abhängigkeit von internationalen Lieferketten zu verringern. Ein gemeinsames Ziel ist die Erreichung der Klimaneutralität bis 2045 (Deutschland) oder 2050, mit Ausnahme von China (2060). Allerdings unterscheiden sich die länderspezifischen Ziele für Nachhaltigkeit und Recycling stark voneinander. Es wurde auch klar ersichtlich, dass seit 2014 alle Länder ihre öffentliche Finanzierung für Forschung und Entwicklung (F&E) erheblich erhöht haben. Dies geschah sowohl aufgrund neuer Strategien wie dem Bipartisan Infrastructure Act in den USA, der Green Growth Strategy in Japan sowie der Secondary Battery Innovation Strategy in Korea als auch durch strategische Programme wie das Dachkonzept Batterieforschung 2023 in Deutschland ab dem Jahr 2020. Die Fördermittel haben sich im Vergleich zur Situation vor 2020 verdoppelt oder sogar verdreifacht.“

Bei der Untersuchung verschiedener Leistungsindikatoren wie Energiedichte, Zykluslebensdauer und Kosten in verschiedenen Ländern stellte sich heraus, dass jedes Land eine unterschiedliche Anzahl von Indikatoren festlegt. China beispielsweise legt Wert auf viele KPIs für Lithium-Ionen-, Feststoff- und alternative Batterien mit Flüssigelektrolyten. Südkorea hingegen konzentriert sich auf eine kleinere Anzahl an Kern-KPIs für spezielle Technologien wie Feststoff-, Lithium-Schwefel- und Lithium-Metall-Batterien. In einigen Fällen werden diese Indikatoren als Ziele definiert, die durch öffentliche Förderprogramme erreicht werden sollen (wie zum Beispiel das amerikanische Ziel einer Energiedichte von 500 Wattstunde pro Kilogrammim im Battery500-Konsortium). In anderen Fällen werden sie für Technologien der nächsten Generation angewendet, deren Entwicklungspotenzial noch unsicher ist (wie zum Beispiel Japans Ziel zur Kommerzialisierung von Zinkanoden-/Fluorid-Shuttle-Batterien nach 2030).

Die vorliegende Studie präsentiert folgende Ergebnisse, wenn man die einzelnen Länder getrennt betrachtet:

China hat bisher vor allem auf eine Politik gesetzt, die auf die Nachfrage ausgerichtet ist und sich auf den heimischen Markt für Elektrofahrzeuge konzentriert. Allerdings verlagert das Land nun seinen Fokus zunehmend auf eine strategische Batteriepolitik mit Maßnahmen zur Steigerung des Angebots. Im Jahr 2022 hatte China weltweit den größten Marktanteil in der Batteriebranche und strebt danach, seine Position im globalen Markt weiter zu stärken. Während das Land lange Zeit hauptsächlich Leistungsparameter wie Energiedichte beachtet hat, werden jetzt auch qualitativere Parameter wie Sicherheit berücksichtigt. Die chinesische Regierung hat klare Ziele in Bezug auf Nachhaltigkeit definiert und plant zudem ihre Expansion in den europäischen Markt. Derzeit liegt der Schwerpunkt insbesondere auf Lithium-Ionen-, Feststoff-, Metall-Schwefel- und Lithium-Schwefel-Batterien.

Deutschland hat in der Vergangenheit eine vielfältige und offene Strategie bei Batterietechnologien verfolgt. Mit dem „Dachkonzept Batterieforschung“, das im Januar 2023 aktualisiert wurde, wurde jedoch eine spezifische Strategie für Leistungsparameter eingeführt. Diese neue Ausrichtung konzentriert sich insbesondere auf die Entwicklung von Produktionsprozessen in größerem Maßstab, um die Kapazitäten zu erweitern. Zudem werden gemeinsame Projekte und Förderungen mit der europäischen Industrie angestrebt, um eine einheitliche Umsetzung der EU-Politik hinsichtlich Themen wie Nachhaltigkeit, Recycling und Digitalisierung von Batterien zu erreichen. Auf technologischer Ebene hat Deutschland auch klare Ziele für die Entwicklung von Feststoff-, Natrium-Ionen- und anderen alternativen Batterien definiert.

Japan hat traditionell seine Stärken in der Technologieentwicklung und -produktion. Allerdings hat das Land im globalen Wettbewerb Marktanteile verloren. Daher liegt der Fokus nun verstärkt darauf, die Produktionskapazitäten auszubauen und den heimischen sowie globalen Markt für Lithium-Ionen-Batterien zu sichern. Eine entsprechende Strategie wurde 2022 formuliert. Japan konzentriert sich bei der Technologieentwicklung auf Lithium-Ionen-, Feststoff- sowie alternative Batterietypen wie Fluorid-Shuttle- und Zink-Anoden-Batterien. Besonders bemerkenswert ist, dass Japan als einziges Land bis 2025 Leistungsparameter für alternative Batterieprototypen definiert hat.

Die USA haben sowohl in Maßnahmen zur Steigerung des Angebots als auch der Nachfrage investiert, unter anderem durch Programme wie den Inflation Reduction Act 2022. Um ihre Innovationspolitik voranzutreiben, verfolgt das Land eine technologieoffene Strategie mit dem Ziel, international führend in Forschung und Entwicklung zu sein und sich von Konkurrenten, insbesondere China, unabhängiger zu machen. Ein kürzlich veröffentlichter nationaler Plan definiert zudem Leistungsparameter für die Kosten und Nachhaltigkeit von Batterien. Zukünftige „revolutionäre Batterietechnologien“ umfassen Feststoff- und Lithium-Metall-Batterien sowie Lithium-Ionen- und Lithium-Metall-Batterien mit flüssigem Elektrolyt. Auch die Versorgung des heimischen Marktes steht im Fokus dieser Bemühungen.

Südkorea hat das klare Ziel, eine führende Rolle in der globalen Batterieindustrie einzunehmen. Die Strategie des Landes konzentriert sich auf die Kommerzialisierung von Lithium-Schwefel-Batterien bis 2025, Feststoffbatterien bis 2027 und Lithium-Metall-Batterien bis 2028. Dabei setzt Südkorea nicht nur auf die Förderung der E-Mobilitätsbranche, sondern unterstützt auch Batteriehersteller aktiv durch umfangreiche Steuervergünstigungen. Einzigartig an dieser Strategie ist zudem die Zusammenarbeit von drei großen Privatunternehmen mit der Regierung bei Investitionen in diesem Bereich. Neben den bereits erwähnten Lithium-Ionen- und Feststoffbatterien werden auch Lithium-Schwefel- und Lithium-Metall-Batterien als Teil der nächsten Generation genannt.

Die EU hat eine Batteriepolitik, die sich hauptsächlich auf das Angebot konzentriert, aber auch Aspekte der Nachfrage beinhaltet. Diese betreffen insbesondere den Kauf von Elektrofahrzeugen am Ende der Wertschöpfungskette. Da Umweltfragen für die EU oberste Priorität haben, wurden ehrgeizige Ziele zur Nachhaltigkeit und zum Recycling von Batterien in die neue EU-Batterieverordnung integriert. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf Lithium-Ionen-, Feststoff- sowie alternativen Batterietypen wie Redox-Flow-, Metall-Luft- und Natrium-Ionen-Batterien. Das Hauptziel besteht darin, ein führender Anbieter nachhaltiger Batterietechnologien zu werden und somit eine wettbewerbsfähige und umweltschonende Wertschöpfungskette für Batterien innerhalb der EU zu etablieren.

Jedes der analysierten Länder verfügt über aktuelle Pläne für Batterie-Ökosysteme

Der Leiter des Projekts, Dr. Axel Thielmann vom Fraunhofer ISI, erklärt: „Unsere Studie zeigt, dass alle Länder aufgrund der kritischen Phase des Markthochlaufs bei der Elektromobilität zwischen 2020 und 2030, der aktuellen geopolitischen Lage und dem Bestreben nach Technologiesouveränität recht aktuelle Strategien haben. Diese sind immer stärker markt- und industrieorientiert und angebots- und nachfrageseitige Maßnahmen zur Entwicklung zirkulärer Batterie-Ökosysteme werden zunehmend kombiniert.“

Laut den Forschenden gibt es keinen vorgeschriebenen Weg, um die Entwicklung von Technologie zu fördern. Dies wird durch Chinas Erfolg deutlich: Das Land hat eine starke und international wettbewerbsfähige Wertschöpfungskette für Batterien aufgebaut und ist führend in der Batterieforschung und -entwicklung. Zukünftige politische Strategien sollten sich stärker auf wichtige Leistungsindikatoren konzentrieren und den aktuellen Stand überwachen, insbesondere vor dem Hintergrund des zunehmenden Budgets zur Förderung dieser Technologie. Es wäre auch vorteilhaft herauszufinden, wie diese Leistungsindikatoren in laufende Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten integriert werden könnten, um Fortschritte bei der Kommerzialisierung verbesserte Lithium-Ionen-Batterien besser darstellen zu können.