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Deutscher Markt für Elektroautos: Steiniger Weg ins Batteriezeitalter

Fertigung von Hochenergiebatterien Deutschlands dorniger Weg aus der Akku-Misere

Die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien für Elektroautos wird in wenigen Jahren zu einem Milliardenmarkt. Doch während die USA Fakten schaffen, steckt Deutschlands Batteriefertigung noch in den Kinderschuhen. Staatliche Fördergelder sollen das Steuer nun herumreißen - gerade noch rechtzeitig.

Hamburg - Schuldenkrise, Bonitätsabwertung, drohende Rezession: Vor einer Woche ließ US-Präsident Barack Obama diese schweren Themen für ein paar Stunden in Washington zurück. Stattdessen absolvierte Amerikas Präsident einen Termin der angenehmeren Art. In Holland im US-Bundesstaat Michigan besichtigte der US-Präsident eine blitzblank polierte Anlage, die einen der wichtigsten Bauteile für die Autos der Zukunft liefert. In Kürze werden in dem Werk in großem Stil Lithium-Ionen-Akkus für Elektroautos hergestellt - mit großzügiger Unterstützung der US-Regierung.

Das Werk, das der US-Autozulieferer Johnson Controls gemeinsam mit dem Batteriespezialisten Saft hochgezogen hat, sei eine der "fortschrittlichsten Batteriefabriken der Welt", befand Obama bei der Besichtigung. "Hunderte Leute werden an der Technologie arbeiten, die uns dabei helfen wird, aus dieser Rezession herauszukommen", sagte Obama vor 200 Arbeitern.

Das war wohl stark übertrieben. Doch das forsche Vorgehen der Amerikaner könnte zum Problem werden für Deutschlands ambitionierte Elektroauto-Pläne. Knapp 300 Millionen Dollar hat die US-Regierung an Fördermitteln für den Aufbau der Batterieindustrie in Michigan bereitgestellt, weitere 180 Millionen Dollar erhielt das Werk an bundesstaatlichen Steuerbegünstigungen. Mit dieser großzügigen Geldspritze drängen die Amerikaner aggressiv in einen Markt, in dem auch die Deutschen künftig kräftig mitmischen wollen: Bei der Produktion von Hochleistungsbatterien für Autos.

Eine Million elektrisch angetriebene Fahrzeuge will die deutsche Bundesregierung im Jahr 2020 auf hiesigen Straßen rollen sehen. Im Mai hat die Nationale Plattform Elektromobilität, die vor gut einem Jahr von Bundeskanzlerin Merkel ins Leben gerufen wurde, ihren zweiten Zwischenbericht vorgelegt. Die Auswertung der laufenden Förderprogramme zeige, dass "wesentliche Teilaspekte der Batterietechnologie derzeit nicht oder nur unzureichend abgedeckt sind", hieß es darin.

Zwischen 30 und 40 Prozent der Wertschöpfung bei Elektrofahrzeugen entfalle auf die Batterie, analysierte der Bericht. Deshalb brauche Deutschland eine "integrierte Zell- und Batteriesystemproduktion", forderte das Expertengremium.

800 Millionen Euro für die deutsche Batterieforschung

Die Bundesregierung hat daraufhin die Fördermittel für Elektromobilität deutlich aufgestockt. Bis 2013 will sie eine Milliarde Euro für Forschung und Entwicklung im Bereich Elektromobilität zur Verfügung stellen, in den vergangenen zwei Jahren waren es 500 Millionen Euro. Im Mittelpunkt der Förderbemühungen steht die Batterietechnik. Rund 800 Millionen Euro will die Bundesregierung, um den Rückstand der deutschen Industrie gegenüber Japan, den USA und Korea wettzumachen.

In Ulm wird etwa derzeit eine Pilotanlage aus dem Boden gestampft, mit der die Massenproduktion von Lithium-Ionen-Akkus für Elektroautos erforscht werden soll. Betrieben wird die Fabrik vom Kompetenznetzwerk Lithium-Ionen-Batterie (KLIB), das aus 25 Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen besteht. Berlin gibt dabei 85 Millionen Euro an Fördergeldern, die beteiligten Unternehmen steuern einen nicht bezifferten höheren Betrag bei.

"Aus der Industrie wurde eine große Zahl neuer Forschungsideen formuliert", sagt ein Sprecher des Bundesministeriums für Bildung und Forschung zu manager magazin Online. Derzeit sei man noch dabei, diese auszuwerten und zu evaluieren, heißt es aus dem Ministerium. Doch eine direkte Förderung für die Errichtung von Werken einzelner Hersteller wird es in Deutschland schon deshalb nicht geben, weil das EU-Regeln verletzen würde.

"Das Rennen läuft schon, und das Problem Deutschlands ist die Langsamkeit", kritisiert Autoexperte Ferdinand Dudenhöffer die deutsche Förderungspraxis. Die Batterieforschung massiv zu fördern hält er zwar für die richtige Entscheidung. Doch während die USA und auch Japan in den vergangenen Monaten den Aufbau von Batteriefabriken kräftig gefördert haben, ist in Deutschland laut Dudenhöffer noch viel zu wenig passiert. "Daniel Düsentrieb zu sein ist ein bisschen wenig. Wir müssen auch produzieren", mahnt Dudenhöffer.

Anlaufschwierigkeiten bei der Massenproduktion von Batteriezellen

Einen Schnellstart kann die deutsche Automobilbranche kaum mehr hinlegen - aber das muss nicht unbedingt ein Nachteil sein. Die technischen Eigenschaften von Lithium-Ionen-Akkus sind zwar allen anderen Batterieformen überlegen. Doch ihre Herstellung ist schwierig und teuer. "Im Moment sind in allen Bereichen die Kosten hoch", sagt der Batterieexperte Dirk Uwe Sauer vom Institut für Stromrichtertechnik und elektrische Antriebe der RWTH Aachen.

Rund 15.000 Euro kostet die Produktion eines Hochenergieakkus mit 20 Kilowattstunden Leistung, der im günstigsten Fall für 150 Kilometer Reichweite im Alltagsbetrieb sorgt. Zwischen 60 und 70 Prozent der Kosten entfallen dabei auf die Produktion der Batteriezellen, der Rest geht für Steuerungselektronik, Kühlung und Sicherheitseinrichtungen drauf.

Kostspielig sind die Fahrzeug-Akkus auch deshalb, weil sie sich deutlich von herkömmlichen Lithium-Ionen Batterien unterscheiden, die in Laptops oder Handys zum Einsatz kommen. Elektroauto-Batterien müssen in Temperaturbereichen zwischen -30 bis +70 Grad Strom liefern, sollen zehn und mehr Jahre halten und müssen auch Unfälle unbeschadet überstehen. Laptop-Akkus hingegen sind auf eine Betriebsdauer von maximal vier Jahren ausgelegt und funktionieren nur zwischen 0 und 40 Grad Außentemperatur.

Zudem ist die Produktion der Zellen technisch aufwändig. Bei Lithium-Ionen-Akkus bestimmt die schwächste Zelle in einer Serienschaltung, die für ausreichend hohe Betriebsspannungen zwingend notwendig ist, die Gesamtkapazität, sagt Sauer. Fällt eine von 100 Zellen eines Zellstranges aus, liefert der gesamte Strang keine Leistung mehr. Hersteller müssen daher die Zellen sehr gleichmäßig beschichten und mit minimaler Verunreinigung produzieren. "Das ist eine enorme Herausforderung", sagt Sauer.

Deutlich sinken können die Kosten nur, wenn Batteriehersteller die Zellen in millionenfachen Stückzahlen produzieren. Welche Effekte die Massenherstellung auf die Preise hat, zeigt die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien für Laptops. Für die Computer-Akkus werden weltweit derzeit rund 2,5 Milliarden Zellen pro Jahr von im Wesentlichen nur sechs Herstellern produziert. Durch die Massenfertigung ist der Preis der Batterien in den letzten zwanzig Jahren seit ihrer Markteinführung um den Faktor zehn gefallen.

Herstellung von Elektroauto-Akkus wird zum Milliardenmarkt

Derart große Sprünge sind bei den Auto-Hochleistungsakkus nicht mehr drinnen, meinen Experten, weil sich einige Erfahrungen aus dem Bau von Kleinbatterien auch auf den Autosektor übertragen lassen. Klar ist allerdings, dass der Markt für Hochleistungsakkus im Automobilbau stark wachsen wird - wenn auch erst in einigen Jahren. Dann wird der Preis auch auf die Hälfte oder auf ein Drittel des heutigen Wertes sinken.

In den nächsten drei bis vier Jahren wird die Zahl der verkauften Elektroautos zwar noch überschaubar bleiben. Doch ab 2016 schnellt der Absatz von Fahrzeugen mit Elektroantrieb deutlich nach oben, zeigen mehrere Prognosen. Im Jahr 2020 dürften rund 15 Prozent aller verkauften Fahrzeuge weltweit mit Elektroantrieb ausgestattet sein, heißt es etwa in einer Studie der Unternehmensberatung Boston Consulting Group (BCG).

Rund fünf Prozent der weltweit verkauften Neuwagen werden reine Elektroautos sein, rund 10 Prozent haben als Hybridfahrzeuge eine Kombination von Elektro- und Verbrennungsmotor an Bord. "Das mag fürs das erste relativ wenig klingen. Doch das sind bereits vier bis fünf Millionen vollelektrische und acht Millionen Hybridfahrzeuge ", sagt BCG-Experte Andreas Dinger gegenüber manager magazin Online.

Insgesamt benötigen die Autohersteller ab 2020 Batterien mit einer Gesamtkapazität von jährlich 100 Gigawattstunden. Im Vergleich zu heute werden die Preise für die teuren Batterien um rund 65 Prozent sinken, prognostiziert BCG. Doch selbst bei diesem Preisverfall kosten die Akku-Packs für reine Elektrofahrzeuge dann zwischen 8000 und 10.000 Dollar pro Auto. Damit werden Batteriehersteller im Jahr 2020 weltweit rund 40 Milliarden Dollar umsetzen, prognostiziert BCG. "Das wird ein richtig großer, interessanter Markt", sagt Dinger. Zum Vergleich: Mit Handy-Akkus setzen die Batteriehersteller derzeit weltweit rund sieben Milliarden Dollar um.

Deutschland muss bei Zellenherstellung Boden gutmachen

Da die Produktion der Batteriezellen, auf die der größte Teil der Wertschöpfung eines Hochleistungsakkus entfällt, großteils automatisiert abläuft, ist ihre Herstellung auch im Hochlohnland Deutschland höchst attraktiv. Zudem ist der Transport der Zellen aufwändig. Zum einen sind die Zellen schwer, zum anderen enthalten sie auch im ungeladenen Zustand kleine Mengen Strom - was die Beförderung auch sicherheitstechnisch schwierig macht.

Dennoch werden die Akkus für die erste Generation der Elektroautos zu großen Teilen nicht aus deutschen Werken stammen. Derzeit gibt es nur ein einziges Werk in Deutschland, das Lithium-Ionen-Zellen für Auto-Hochleistungsakkus in industriellem Maßstab produzieren kann - und das steht im Kamenz bei Dresden. Gemeinsam mit Evonik hat der Autohersteller Daimler dort das Jointventure Litec aus der Taufe gehoben.

Nach Anlaufschwierigkeiten werden in Kamenz nun die Batterien für die Elektroauto-Version des Smart produziert, der ab nächstem Frühjahr auch an Privatkunden verkauft wird. Der weltgrößte Autozulieferer Bosch baut im Rahmen seines Jointventures SB Limotive zwar Hochleistungsbatterien in Stuttgart zusammen und wird diese unter an BMW liefern. Doch das Herz der Batterien, die Zellen, lässt sich Bosch dazu vom Partner Samsung aus Korea liefern.

Weltweiter Förderungs-Wettlauf

Einer der großen Player im Bereich Lithium-Ionen-Batterien, der amerikanische Autozulieferer Johnson Controls (JC), nützt den weltweiten Wettlauf um die Batteriefertigung bereits geschickt aus. Gemeinsam mit dem französischen Batteriespezialisten Saft hat Johnson Controls im Jahr 2006 ein Gemeinschaftsunternehmen für die Produktion von Lithium-Ionen-Hochleistungs-und Hochenergieakkus gegründet. Bisher stellte JC Zellen und Batterien im französischen Nersac her. In Deutschland betreibt JC ein Werk in Hannover, wo Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, getestet und zu Akkusystemen zusammengebaut werden. In Zwickau hat JC den weltweit größten Standort für die Fertigung von Start-Stopp-Batterien hochgezogen.

Die großzügigen Subventionen der US-Regierung haben den Konzern nun dazu gebracht, ein zweites Werk für die Produktion von Lithium-Ionen-Zellen in den USA hochzuziehen, fernab der deutschen Autoindustrie. "Das Geld in den USA versetzt uns unter anderem in die Lage, Zellen in Amerika zu produzieren, nach Europa zu transportieren und hier an europäische Hersteller zu verkaufen", sagt Stefan Suckow, Managing Director des Jointventures, gegenüber manager magazin. "Das ist immer noch billiger, als wenn wir die Zellen hier herstellen würden".

Chancen für späten Einstieg sind noch intakt

Zu spät für einen deutschen Einstieg in die Zellenproduktion ist es noch nicht, beruhigen Experten. "Jetzt zu diskutieren, ob wir in den nächsten drei Jahren hier Batterieproduktion haben, ist gar nicht so relevant", sagt etwa BCG-Experte Dinger. Die meisten deutschen Hersteller bringen ihre ersten Elektroautos in gut zwei Jahren auf den Markt - in kleinen Stückzahlen Erst ab 2016 geht das große Geschäft mit den Elektroauto-Batterien so richtig los. Deutschland habe das notwendige Know-How und Unternehmen, die eine Massen-Zellenproduktion schaffen können, ist Dinger überzeugt. Die deutsche Zuliefererbranche sei deshalb gut für die Zeit des Batterie-Booms gerüstet, meint er.

Die ersten Unternehmen bereiten sich darauf bereits intensiv vor. Ende 2009 hat etwa der Batteriehersteller Varta Microbattery ein Gemeinschaftsunternehmen mit Volkswagen gegründet, das auf vier Jahre angelegt ist. Beide Partner halten je 50 Prozent an dem Jointventure. Ziel ist es, die nächste Generation der Lithium-Ionen-Zellen zu erforschen - und dabei kommt das Unternehmen laut Eigenangaben gut voran.

"Die Arbeiten laufen sehr zufriedenstellend", sagt Varta Microbattery-Vorstandschef Herbert Schein, der sich von den neu entwickelten Zellen einen strategischen Wettbewerbsvorteil erhofft. Rund 50 Mitarbeiter arbeiten für das Gemeinschaftsunternehmen, das die gesamte Infrastruktur des Batterieherstellers nützen kann. Dazu zählt neben der Forschung auch eine eigene Abteilung für Werkzeugentwicklung und Maschinenbau.

Eine Pilotanlage für die Batteriezellenproduktion hat das Jointventure von Varta Microbattery und Volkswagen bereits am Varta-Hauptsitz in Ellwangen aufgebaut, die im Herbst in Betrieb genommen wird. Bislang gibt es die Zellen als Forschungsmuster. "Die Ergebnisse unserer Entwicklungsmuster sind sehr, sehr gut", sagt Schein. Das Joint Venture werde diese Zellen weiter optimieren. Details zur angestrebten Energiedichte oder zum Start einer möglichen Großserienproduktion will Varta Microbattery derzeit noch nicht bekannt geben.

Autozulieferer wollen Batteriezellen-Herstellung massiv ausweiten

Auch Bosch plant bereits, Batteriezellen nicht nur in Korea fertigen zu lassen. Über kurz oder lang werde es eine zweite Fertigungsstätte für Lithium-Ionen-Zellen in Europa geben, hieß es auf Anfrage von manager magazin. In den nächsten ein bis zwei Jahren will Bosch darüber entscheiden, wo das Werk gebaut wird. Deutschland sei als ein möglicher Standort im Gespräch.

Und auch bei Johnson Controls sollen noch weitere Standorte für die Zellenfertigung hinzukommen. "Spätestens ab 2016 brauchen wir noch ein europäisches Werk, das mitproduzieren kann", sagt Suckow. Wo dies genau ansiedelt sein wird, kann Suckow zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht sagen. Doch JC sucht auch in Deutschland nach geeigneten Standorten. Eine Anschubförderung in Deutschland sei ebenso hilfreich wie die Förderung von Entwicklungsleistungen, gibt Suckow zu verstehen. Um Gelder der Bundesregierung zur Batterieforschung will JC auf jeden Fall ansuchen - wie auch alle anderen Batteriespezialisten. Die neue Großzügigkeit der Bundesregierung scheint also gerade noch rechtzeitig zu kommen.

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