Die Lithium-Ionen-Batterie hat unsere Lebensweise bereits verändert, da sie die Verbreitung von Mobiltelefonen und Tablets ermöglicht hat. Jetzt trägt die Technologie dazu bei, das Transportwesen zu elektrifizieren und den Übergang zu erneuerbaren Energien voranzutreiben. Tatsächlich ist die Lithium-Ionen-Batterie für den technologischen Fortschritt so wichtig geworden, dass ihre Erfinder 2019 den Nobelpreis für Chemie erhielten.

Höhepunkt eines Batteriebooms

Sachin Pimpalnerkar, Global Segment Manager for Renewables, KanthalSeit den 1990er-Jahren ist die zunehmende Lithium-Ionen-Batterieproduktion auf die wachsende Nachfrage nach tragbarer Unterhaltungselektronik wie Smartphones, Tablets und Laptops zurückzuführen. Dies bleibt sicherlich ein bedeutendes Segment, allerdings wird die Entwicklung von Elektrofahrzeugen einen weiteren Anstieg der Nachfrage nach Batterien auslösen. Die Europäische Kommission hat geschätzt, dass die Welt bis 2028 zwischen 50 und 200 Millionen Elektroautos haben wird, gegenüber 4 Millionen im Jahr 2018, und bis 2040 sogar 900 Millionen Fahrzeuge.

Darüber hinaus wird der Übergang zu erneuerbaren Energiequellen die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien zu Speicherungszwecken erhöhen. Da Solar- und Windkraft intermittierende Quellen sind, sind sie nicht so verlässlich wie fossile Brennstoffe. Durch die Bereitstellung der Speicherkapazität könnten Lithium-Ionen-Batterien erneuerbare Energien jedoch weitaus zuverlässiger und rentabler machen.

Lithium-Ionen-Batterien sind ein großer technologischer Wegbereiter, und dies wird zu einem enormen Wachstum der Produktionskapazität führen, insbesondere in Europa

„Lithium-Ionen-Batterien sind ein großer technologischer Wegbereiter, und dies wird zu einem enormen Wachstum der Produktionskapazität führen, insbesondere in Europa“, sagt Sachin Pimpalnerkar, Global Segment Manager für erneuerbare Energien bei Kanthal.

Mehr für weniger

Neben der Erhöhung der Produktionskapazität gibt es zwei weitere wichtige Bereiche, auf die sich Batteriehersteller konzentrieren müssen: kontinuierliche Verbesserung der Energiedichte von Batterien und drastische Kostensenkung.

„Elektrofahrzeuge haben nur eine begrenzte Reichweite. Das Aufladen dauert zu lange und die Kosten sind immer noch zu hoch“, sagt Pimpalnerkar. „Fast 30 bis 40 Prozent der Kosten eines Elektroautos entfallen auf die Batterie. Die Energiedichte wird jedoch immer besser, was bedeutet, dass Sie mehr Energie auf derselben Fläche erhalten können. Der Preis sinkt zudem kontinuierlich. Irgendwann in der Zukunft wird sie mit einem Verbrennungsmotor vergleichbar sein.“

Zwischen 2010 und 2023 werden die durchschnittlichen Kosten für eine Lithium-Ionen-Batterie von 1.160 US-Dollar pro Kilowattstunde auf nur 100 US-Dollar pro kWh gesunken sein. Aktuelle Prognosen gehen davon aus, dass der Preis bis 2024 unter 100 Dollar pro kWh fallen könnte. Dies ist dann der Punkt, an dem Elektrofahrzeuge mit dem traditionellen Verbrennungsmotor gleichgestellt werden können.

Ausbau der Produktion

Um diese Nachfrage zu befriedigen, muss die aktuelle Produktion in den kommenden Jahren exponentiell wachsen. Laut Wood MacKenzie, einem globalen Forschungs- und Beratungsunternehmen, soll sich die kumulierte Lithium-Ionen-Batteriekapazität zwischen 2021 und 2030 mehr als verfünffachen, auf 5.500 GWh. Unterdessen wird Chinas Kapazität im Jahr 2023 voraussichtlich bis zu 800 GWh betragen.

Dies wird sich auf die Nachfrage nach Rohstoffen auswirken.

Laut einer Studie von McKinsey & Company, können neue Technologien für die Gewinnung und Bezugsquellen die Lücke füllen. Eine Pipeline von Projekten wird wahrscheinlich neue Akteure und Regionen auf den Markt bringen, wie Osteuropa, Mexiko, die USA und Kanada, aber auch Standorte, die normalerweise nicht mit dem Lithiumabbau in Verbindung gebracht werden: Sibirien, Thailand, Großbritannien und Peru.

Laut der McKinsey-Studie könnte die Entwicklung von Technologien wie die Gewinnung von Lithium aus Ölfeldabwasser eine neue Quelle sein. Ebenso könnten neue Methoden für einen direkten Lithium-zu-Produkt-Prozess, die so genannte DLP-Technologie, einen erheblichen Einfluss auf die Versorgung nehmen, wenn sie sich als erfolgreich erweisen.

Unterdessen wird erwartet, dass das Batterierecycling im laufenden Jahrzehnt zunehmen wird, allerdings auf niedrigem Niveau. Bis 2030 wird diese Sekundärversorgung voraussichtlich nur noch rund 6 Prozent der gesamten Lithiumproduktion ausmachen.

„Da die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien schnell zunimmt, investieren die Lithiumhersteller weltweit in neue und verbesserte Lithiumraffinerien mit minimaler Umweltbelastung“, sagt Pimpalnerkar. „Bei den Heizprozessen, die bei der Lithiumgewinnung erforderlich sind, besteht die Herausforderung wie bei allen industriellen Hochtemperatur-Produktionsprozessen darin, die Emissionen von CO2 und anderen schädlichen Gasen wie NOx zu minimieren und die Energieeffizienz und Produktivität zu maximieren. Gleichzeitig muss eine konsistente Ausgabe in hoher Qualität sichergestellt werden. Hier kommen die elektrischen Heizsysteme von Kanthal ins Spiel.“