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Batteriezellforschung: Was steckt dahinter?
Darum geht’s: Die für die Energiewende wichtige Technologie der Batteriespeicher soll leistungsfähiger und umweltverträglicher werden.
Die Batteriezelle funktioniert noch immer so, wie es ganze Schülergenerationen im Physikunterricht gelernt haben: Kleine, elektrisch geladene Teilchen wandern vom Minus-Pol der Batterie zum Plus-Pol und erzeugen dabei Strom. In beiden Polen stecken unterschiedliche Metalle mit unterschiedlichen Eigenschaften. Der chemische Prozess der Elektrolyse bringt die Teilchen in Bewegung. So wird aus chemischer Energie elektrische Energie. Dieses Prinzip entdeckte der italienische Physiker Allessandro Volta bereits im Jahr 1800. Er gilt als Erfinder der Batterie. Nach ihm wurde die Einheit der elektrischen Spannung benannt: Volt.
Aus unserem Alltag ist die Batterie nicht mehr wegzudenken: ob sie uns als wiederaufladbarer Akku im Smartphone Bewegungsfreiheit schenkt oder als Bestandteil der Fernbedienung Faulheit gestattet. Für die Energiewende werden jedoch Batterien in einem viel größeren Maßstab benötigt – mit einer weitaus höheren Leistungsfähigkeit.
E-Mobilität: Mit neuer Zelltechnologie zu mehr Reichweite
Um die Verkehrssysteme zu elektrifizieren, brauchen wir Batterien, mit denen E-Fahrzeuge richtig Strecke machen können. Die Akkus müssen viele Ladezyklen aushalten. Genauso wichtig ist aber auch die möglichst nachhaltige Produktion. Was nützt der klimafreundliche Betrieb von Fahrzeugen, wenn die Herstellung der dafür benötigten Batterien viele Ressourcen verschlingt und Treibhausgase ausstößt?
Deshalb suchen Batteriezellforscher in Deutschland und anderswo nach neuen Komponenten und Technologien. Die Silizium-Luft-Batterie zum Beispiel kann theoretisch weit höhere Energiedichten erreichen als die heute verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien. Das könnte die Reichweite von Elektroautos deutlich erhöhen. Ein weiterer Vorteil: Silizium ist kostengünstig, umweltfreundlich und nahezu unbegrenzt verfügbar. Die Bundesregierung fördert deshalb das Projekt "AlSiBat", das zu dieser zukunftsweisenden Technologie forscht.
Aktuell stellt allein das Bundeswirtschaftsministerium 23 Millionen Euro pro Jahr für Forschungsvorhaben zu Zelltechnologien, Komponenten, Modulen, Batteriesystemen und zur Integration in Fahrzeuge im Rahmen des 7. Energieforschungsprogrammes der Bundesregierung bereit. Gelder weiterer Bundesministerien kommen hinzu.
Privathaushalte: Batterien erhöhen Grad der Eigenversorgung
Doch Batterien können noch viel mehr, als Elektromobilität zu ermöglichen. Sie gestatten Privathaushalten und Unternehmen eine stärkere Nutzung von selbst erzeugter Energie. Wer beispielsweise seinen Strom über eine Photovoltaikanlage bezieht, kann mithilfe von Batteriespeichern Schwankungen in der Produktion ausgleichen. So lässt sich die Energie vom eigenen Dach zwischenspeichern und dann nutzen, wenn die Sonne gerade nicht scheint. Dadurch erhöhen Batteriespeicher den Grad der Eigenversorgung.
Unterstützt durch die Förderung der Bundesregierung arbeiten Forscher daran, die Batteriespeicher leistungsfähiger, langlebiger und auch kostengünstiger zu machen. Aber selbst wenn Batterien immer länger halten, müssen sie am Ende ihres Lebenszyklus entsorgt werden. Deshalb ist die Recyclingfähigkeit der Komponenten ebenfalls ein wichtiges Forschungsthema.
Stromnetz: Batteriespeicher als Flexibilitätsoption
Eine ähnliche Funktion wie im Privathaushalt können Batteriespeicher im Stromnetz übernehmen. Kommt es im Netz zu Frequenzschwankungen, weil kurzfristig die Erzeugung geringer ist oder der Verbrauch höher ausfällt als geplant, können Batteriespeicher diese Abweichungen durch Einspeisung oder Abnahme von Strom (sogenannte Regelenergie) ausgleichen. Einen Überblick über verschiedene Flexibilitätsoptionen im Stromnetz erhalten Sie hier.
Und an dieser Stelle lässt sich der Kreis zur Elektromobilität schließen: Besitzer von E-Fahrzeugen könnten einen Teil ihrer Batteriekapazität nutzen, um Regelenergie anzubieten, und damit das Stromnetz stabilisieren. Erste Pilotprojekte dazu laufen.
Standortförderung: Batteriezellen sollen in Deutschland produziert werden
Neben der Forschung fördert die Bundesregierung verstärkt auch Investitionen in die industrielle Fertigung von mobilen und stationären Batterien. Ziel ist es, die großen Wertschöpfungspotenziale dieser Schlüsseltechnologie in Deutschland und Europa zu erschließen. Bis 2030 sollen möglichst 30 Prozent der weltweiten Nachfrage nach Batteriezellen aus deutscher und europäischer Produktion beliefert werden.
Es ist vorrangig die Aufgabe privater Unternehmen, eine industriell wettbewerbsfähige Batteriezellproduktion aufzubauen. Aufgabe des Staates ist es, hierfür notwendige Rahmenbedingungen zu schaffen und zeitlich begrenzte Anschubhilfe zu leisten. "Eigenes Know-how zu diesem Teil der Wertschöpfungskette ist für den künftigen Markterfolg unserer Unternehmen entscheidend. Deshalb werden wir die unternehmerischen Initiativen flankieren", sagte Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier bei Bekanntgabe des Förderaufrufs. Die Bundesregierung stellt dafür bis zu einer Milliarde Euro zur Verfügung. Mehr zur Förderung der Batteriezellproduktion am Standort Deutschland erklärt Altmaier in seinem Video-Blog.