BASF ist einer der weltweit größten und technisch führenden Hersteller von Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Akkus – der derzeit einzigen serienreifen und alltagstauglichen Batterietechnologie für die Elektromobilität. BASF macht etwa zehn Milliarden Euro Jahresumsatz mit der Automobilindustrie und produziert Kathodenmaterialien in Japan, den USA und Deutschland.
Aktuell versucht der Konzern, durch eine Kooperation mit dem russischen Rohstoffkonzern Nornickel und die Entwickelung neuer Batteriematerialien seine Produktionskapazitäten der weltweit steigenden Nachfrage durch die Batteriezellenhersteller gerecht zu werden. Wir sprachen mit Hartmann Leube, Senior Vice President New Technologies Research, am Rande eines Kongresses zu Lithium-Ionen-Batterien über drohende Knappheiten bei wichtigen Rohstoffen, speziell Kobalt, sowie über den neusten Stand der Batterieentwicklung.
WirtschaftsWoche: Herr Leube, BASF ist einer der größten Zulieferer der Batteriezellenhersteller für Kathoden-Material. Wie hoch schätzen Sie den Gesamtbedarf an Kathodenmaterial für die Elektromobilität im Jahr 2025, 2030 und darüber hinaus?
Hartmann Leube: Zunächst: Genaue Prognosen sind schwierig, weil eine Vielzahl von Faktoren die Gesamtnachfrage nach Kathodenmaterialien für die Elektromobilität beeinflusst: technologische Innovationen, Vorlieben der Autofahrer sowie politische Rahmenbedingungen, die zur weiteren Förderung der Elektromobilität beitragen können. Aber wir gehen davon aus, dass die Nachfrage nach Kathodenmaterialien, die in der Elektromobilität zum Einsatz kommen, schnell steigen wird. Während die globale Gesamtnachfrage nach Kathodenmaterialien im Jahr 2016 etwa 100 Kilotonnen erreichte, ist im Jahr 2020 eine Nachfrage von rund 400 Kilotonnen zu erwarten. Diese Einschätzungen basieren auf Marktdaten der AVICENE-Studie von 2017.
Auch in Europa? Bisher gibt es große Zellenfertigung fast nur in Asien; in den USA entsteht die so genannte Gigafactory von Panasonic/Tesla.
Wir sehen auch in Europa eine wachsende Nachfrage für Batteriematerialien. BASF beabsichtigt, in Europa branchenführende Produktionsanlagen für Kathodenmaterialien zu bauen; hierfür werden wir in einem ersten Schritt bis zu 400 Millionen Euro investieren.
Wie wichtig ist das Batteriezellengeschäft für BASF als weltgrößten Chemiekonzern?
Die Zukunft der Elektromobilität hängt von Batterien ab, die eine höhere Energiedichte, größere Leistung, längere Lebensdauer bei hoher Zuverlässigkeit und zu niedrigeren Kosten bieten können. In diesen Bereichen kann die chemische Industrie eine bedeutende Rolle spielen. Es geht derzeit vor allem darum, die zukünftige Leistung und Zuverlässigkeit von Batterien für die Elektromobilität zu erhöhen. Als größter Chemielieferant der Automobilindustrie verfügt die BASF über die globale Reichweite, die umfangreichen technischen Ressourcen und die finanzielle Stärke, um hier einen bedeutenden Beitrag zu leisten. Hierzu gehört die Entwicklung von Kathodenmaterialien mit hohem Nickelgehalt und hoher Energieleistung, um die Reichweite batteriebetriebener Fahrzeuge zu erweitern.
Technische Hintergründe zu Akkus
Eine Batterie hat die Aufgabe, beim Aufladen möglichst viele Elektronen aufzunehmen und diese mit möglichst wenigen Verlusten zu speichern. Beim Entladen gibt sie die Elektronen dann wieder ab, um mit diesem Strom zum Beispiel einen Elektromotor oder ein Handy zu betreiben.
Im Akku übernehmen die sogenannten Lithium-Ionen diese Speicheraufgabe: Diesen Atomen fehlt ein Elektron. Daher sind sie elektrisch positiv geladen. Beim Aufladen strömen negativ geladene Elektronen in den Akku und sammeln sich in einem dichten Geflecht aus dem leitfähigen Kohlenstoff Graphit. Dorthin wandern dann auch die positiv geladenen Lithium-Ionen. Jedes von ihnen bindet ein Elektron – man könnte auch sagen, dass jedes Ion ein Elektron festhält, um die Ladungsneutralität zu gewährleisten. Beim Entladen des Akkus verlassen die Elektronen das Graphit nach und nach wieder. Damit wandern auch die positiv geladenen Lithium-Ionen aus dem Graphit-Netzwerk heraus. Später kann der Ladezyklus dann von neuem beginnen.
Je mehr Lithium-Ionen in einen Akku hineinpassen, umso mehr Elektronen und damit Energie können auf gleichem Raum gespeichert werden. Daher arbeitet Bosch schon länger unter anderem daran, den Graphit-Anteil zu reduzieren oder ganz auf das Graphit zu verzichten. Dies würde die Energiedichte des Akkus deutlich steigern. Das scheint jetzt dem Start-up Seeo, das Bosch gekauft hat, gelungen zu sein.
Die Akku-Hersteller versuchen derzeit, den Anteil des teuren und schlecht verfügbaren Metalls Kobalt in der Kathode der Batterien zu reduzieren; erste Erfolge gibt es bereits. Wird man auf das Kobalt in den Akkus ganz verzichten können?
Ganz weglassen wird nicht so schnell möglich sein. Neue NCA (Nickel-Cobalt-Aluminum-Oxid) und NCM (Nickel-Cobalt-Mangan) Generationen reduzieren den Kobaltanteil bereits erheblich gegenüber den bisher gebräuchlichen Materialien. Der nächste Schritt ist, NCA- und auch NCM-Zellen mit noch höherem Nickelanteil zu entwickeln. An diesen Systemen arbeiten die Partner der Wertschöpfungskette, d.h. die Automobilindustrie, die Zellenhersteller und die Batteriematerial-Hersteller mit Hochdruck. Legt man die üblichen Modellzyklen der Autoindustrie zugrunde, dürften wohl noch weitere 5 bis 10 Jahre vergehen, bevor wir die neuen Materialien in Serienfahrzeugen sehen. Wir rechnen damit, dass Lithium-Ionen-Systeme auch weiterhin eine wichtige Rolle spielen werden.
