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Ohne kritische Rohstoffe
Batterien sind der Schlüssel zur Energiewende. Aber die Rohstoffe für die bisher gängigen Batterietypen sind weltweit knapp - also müssen Alternativen her. Forschende in Berlin sind gerade dabei, sie zu entwickeln. Von Maren Schibilsky
In Adlershof arbeiten sie an der Zukunft. Hier im Wissenschaftspark wird an der Natirum-Ionen-Technologie für Batterien geforscht. Die gilt international als vielversprechend, denn sie basiert auf ähnlichen Wirkprinzipien wie die gängigen Lithium-Ionen-Akkus, kommt aber ohne kritische Rohstoffe wie Lithium, Nickel oder Cobalt aus – die sind weltweit knapp und werden zum Teil unter ökologisch und menschenrechtlich fragwürdigen Bedingungen abgebaut.
Der Berliner Professor für Elektrochemie Philipp Adelhelm beschäftigt sich seit zehn Jahren damit. Er ist Pionier seiner Branche und leitet das Batterieforschungsteam an der Humboldt-Universität, das seinen Sitz im Wissenschaftspark in Adlershof hat. Die Natrium-Ionen-Technologie sei fast so gut wie die Lithium-Ionen-Batterien, sagt er, und sie habe einen entscheidenden Vorteil: "Sie beruht auf Elementen, die besser verfügbar sind."
Denn Natrium ist als Natriumchlorid, also Salz, preiswert und in Deutschland unbegrenzt vorhanden. Das macht künftige Natrium-Ionen-Batterien deutlich billiger als Lithium-Ionen-Akkus. Ein weiterer Vorteil: Die "Salz-Batterien" besitzen eine schnellere Ladefähigkeit und enthalten kein brennbares Material. Allerdings haben sie nicht so eine große Energiedichte – das heißt, sie können nicht so viel Energie speichern wie die Lithium-Batterien, Elektro-Fahrzeuge mit Natrium-Ionen-Batterien haben also nicht so eine große Reichweite.
Ungeachtet dieses Nachteils hat sich China bereits viele Patente in der Natrium-Ionen-Technologie gesichert und auch schon erste E-Autos damit an den Start gebracht. "Man kann diese Batterien auf denselben Produktionsanlagen produzieren wie Lithium-Ionen-Batterien", sagt Adelhelm. "Und man kommt zu ganz passablen Energiedichten. In Europa sind wir da ein bisschen langsamer."
Adelhelms Team testet gerade neue Materialien für den Plus- und Minuspol der Natrium-Ionen-Batterie, um die Ladegeschwindigkeit, Energiespeicherung und Langlebigkeit der Batterien zu verbessern. Und obwohl die Natrium-Ionen-Batterie wegen der geringeren Energiedichte nicht flächendeckend die Lithium-Ionen-Akkus ablösen kann, gilt sie doch als Hoffnungsträger für die E-Mobilität und stationären Energiespeicher.
Und die Natrium-Ionen-Technologie ist nicht die einzige Alternative zur herkömmlichen Lithium-Batterie, an der in Berlin geforscht wird. An der TU Berlin arbeitet Prof. Peter Strasser mit einem Forschungskonsortium an einer neuartigen Zink-Wasserstoff-Batterie. Die kann regenerativ erzeugten Strom speichern und beim Entladen nicht nur elektrische Energie, sondern auch Wasserstoff freisetzen.
Dass diese Technologie funktioniert, hat Strasser im Labor an einer Miniaturzelle bereits gezeigt. "Die Erzeugung von Wasserstoff ist chemisch ein sehr komplexer Prozess. Diesen Prozess müssen wir durch neue Katalysatoren beschleunigen." Auf diesem Gebiet hat Strasser Erfahrung, er kommt aus der Katalyseforschung. Diese Expertise bringt er jetzt bei der Entwicklung dieser neuartigen Speichertechnologie mit ein.
Robert Hahn vom Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) in Berlin koordiniert das Projekt der Zink-Ionen-Technik. Mit seinem Team hat er eine erste Apparatur gebaut, die jetzt testweise betrieben wird.
Anders als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus verwende die Zink-Wasserstoff-Batterie leicht verfügbare Stoffe und Materialien wie Stahl, Zink und Kaliumhydroxid, die recyclebar seien – außerdem sei sie wesentlich kostengünstiger, sagt Hahn: "Die Materialkosten betragen weniger als ein Zehntel der Lithium-Ionen-Akkus", so der Forscher. "Das eröffnet ganz neue wirtschaftliche Perspektiven, um grüne Energie zu speichern."
Auch die Natrium-Ionen-Technologie ist deutlich preiswerter als die Lithium-Ionen-Akkus. Umso geschockter ist jetzt die Forschungsbranche, dass die Bundesregierung beschlossen hat, die Gelder für die Batterieforschung ab 2025 drastisch zu kürzen – eine Folge des Milliardenlochs im Klima- und Transformationsfond.
Laufende Forschungsprojekte sind zwar nicht betroffen, aber neue Projekte in der Batterieforschung haben es ab 2025 schwer, gefördert zu werden. Professor Adelhelm befürchtet strategische Nachteile für die Batterieproduktion in Deutschland und Europa. Die weltweite Batteriefabrikation werde gerade abgesteckt: "Wir haben jetzt die Chance, dabei zu sein, damit auch in Europa und in Deutschland diese Fabriken stehen." Ohne Forschung werde es letztendlich an Fachkräften und wissenschaftlichem Nachwuchs dafür fehlen.
Die Entwicklung der Zink-Wasserstoff-Batterie ist von den Kürzungen in der Batterieforschung nicht betroffen. "Die wird über die Wasserstoff-Strategie gefördert. Und die soll bleiben", sagt Peter Strasser. Er sei zuversichtlich, dass die Zink-Wasserstoff-Technologie in wenigen Jahren zur Marktreife gelange.
Deshalb arbeitet das Forschungskonsortium seit langem mit der Start-up-Firma Zn2H2 zusammen, die sich bereits Patente in der Technologie gesichert hat und mithilfe von Investoren die Kommerzialisierung vorantreiben will.
Welche Batterien wo am Ende das Rennen machen, wird die Zukunft zeigen.
Sendung: Abendschau, 06.03.2024, 19:30 Uhr
Beitrag von Maren Schibilsky
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