Neue Technologie: Jetzt kommt Chinas Salzbatterie

Der Schriftsteller Jules Verne hatte die Idee schon vor fast 160 Jahren. In seinem Buch „20.000 Meilen unter dem Meer“ gibt es das elektrisch angetriebene U-Boot Nautilus, mit dem der Romanheld Kapitän Nemo durch die Weltmeere kreuzt. Den Strom dafür liefert ein Aggregat, das mit aus Meerwasser gewonnenem Salz betrieben wird.

Damals, im Jahr 1869, war der Salzantrieb Science-Fiction. Heute dagegen ist die Realität gar nicht mehr so weit entfernt vom Roman. Ingenieure und Chemiker tüfteln seit vielen Jahren an sogenannten Natrium-Ionen-Batterien: Stromspeichern, die ohne den bislang unersetzlichen Batterierohstoff Lithium auskommen, ein von der EU als kritisch und strategisch wichtig eingestuftes Leichtmetall. Stattdessen wird in so einer Batterie das praktisch unbegrenzt verfügbare Natrium eingesetzt, das auch in Speisesalz (Natriumchlorid) enthalten ist.

Jetzt beginnt die industrielle Großserienfertigung der neuartigen Stromspeicher. Sie könnten das nächste große Ding werden im globalen Batteriemarkt. Zugleich eröffnen die Salzbatterien eine Chance für Europa, sich zumindest ein Stück weit aus einer geopolitisch bedenklichen Abhängigkeit zu befreien. Denn die Beschaffung und Verarbeitung von Lithium wird stark von China kontrolliert. Rund zwei Drittel der Lithium-Raffinerien auf der Welt sind chinesisch. Auch die Batterien selbst kommen bislang zu großen Teilen von Herstellern aus Fernost.

„Es gibt jetzt eine Alternative zum Lithium, und das ist schon mal gut für Europa“, sagt der Batterieforscher Philipp Adelhelm von der Humboldt-Universität in Berlin. Er gehört einer Expertengruppe an, die gefördert vom Bundesforschungsministerium das industrielle Potential von Natrium-Ionen-Stromspeichern auslotet. Beteiligt sind an der Initiative auch die Chemiekonzerne BASF und Evonik und der Batteriehersteller Varta.

Klar ist: Elektrische Stromspeicher werden immer wichtiger. Sie sind das technologische Herz von Elektroautos. Auch für die globale Energiewende sind Stromspeicher unverzichtbar. Denn wenn Kohle, Öl und Erdgas durch grünen Strom ersetzt werden, braucht es riesige Batteriekapazitäten. Sie helfen, die schwankende Stromerzeugung von Solaranlagen und Windparks abzupuffern und stabilisieren so die Stromnetze.

Mit der Salzbatterie gibt es nun erstmals eine ähnlich leistungsfähige Speichertechnologie neben der seit Jahrzehnten dominierenden Lithium-Ionen-Batterie in ihren verschiedenen Bauarten. Natrium-Ionen-Batterien haben, abgesehen davon, dass sie kein Lithium benötigen, weitere Vorteile. Weil Natrium billig verfügbar ist, bieten die Salzbatterien die Chance auf Kosteneinsparungen, wenn sie erst einmal in großen Stückzahlen gefertigt werden. Ingenieure nennen zudem einen besseren Brandschutz, eine lange Lebensdauer, eine geringere Umweltbelastung und eine bessere Leistungsfähigkeit bei kalten Temperaturen als Stärken der neuen Stromspeicher.

Was auch dafür spricht, dass die Salzbatterien jetzt den Durchbruch schaffen: Treibende Kraft hinter der Innovation ist der weltgrößte Batteriezellenhersteller CATL mit seinem geballten Fertigungs-Know-how und seiner Kapitalkraft. Chinas Stromspeicherchampion will dieses Jahr mit der Massenfertigung von Na­trium-Ionen-Zellen beginnen.

Der Ort für die Weltpremiere ist unwirtlich: Yakeshi ist eine chinesische Großstadt in der Inneren Mongolei, gut 1200 Kilometer nördlich von Peking, die wegen ihrer eisigen Wintertemperaturen gefürchtet ist. Aktuell zeigt das Thermometer dort tagsüber minus 25 Grad – ziemlich ungemütlich, aber ideal, um die Leistungsfähigkeit der Salzbatterien bei Frost publikumswirksam in Szene zu setzen.

Hier in Yakeshi stellte CATL am Donnerstag gemeinsam mit dem chinesischen Autohersteller Changan das erste mit einer Salzbatterie ausgestattete Großserienauto der Welt vor. Das Mittelklassemodell soll Mitte des Jahres auf den Markt kommen. Viele weitere Fahrzeuge mit Natrium-Ionen-Speichern sollen folgen. Der in Europa kaum bekannte staatseigene Hersteller Changan zählt zu den führenden chinesischen Autobauern.

Ein Nachteil der Salzbatterien war bisher ihre geringere Leistungsfähigkeit. Aber inzwischen seien sie „fast so gut wie einige Lithium-Ionen-Batterien und für viele Anwendungen gut genug“, sagt der Batterieforscher Adelhelm von der Humboldt-Universität: „Die erreichten Fortschritte sind spektakulär.“

Dass die Salzbatterien die bisherigen Lithium-Speicher verdrängen, ist erst einmal unwahrscheinlich. Im Automarkt werden Batterien mit einem Mix aus Lithium, Nickel, Mangan und Kobalt (NMC) wegen ihrer höheren Leistungsfähigkeit auf absehbare Zeit für große und leistungsstarke E-Autos die erste Wahl bleiben.

Aber die Salzbatterien könnten eine Alternative zu einer anderen populären Variante der Lithium-Batterien werden: Die sogenannten LFP-Speicher, die auf einem Mix aus Lithium, Eisen und Phosphat basieren, waren in den vergangenen Jahren das am stärksten wachsende Segment im Batteriemarkt. Sie sind weniger leistungsfähig als Lithium-Batterien vom NMC-Typ, aber dafür kostengünstiger.

Anders als für die neuen Salzbatterien wird für LFP-Batterien aber eben weiterhin Lithium gebraucht. Derzeit ist dieser Batterierohstoff zwar relativ günstig, aber in den vergangenen Jahren gab es wegen befürchteter Lieferengpässe Zeiten mit extremen Preissteigerungen. Das könnte auch in Zukunft wieder passieren. Ganz anders bei den Salzbatterien: „Auch wenn Natrium-Ionen-Batterien in großen Volumina hergestellt werden, wird das kaum Einfluss auf den Natriumpreis haben“, sagt der Batterieforscher Simon Lux von der Universität Münster.

Robin Zeng, der Gründer und Vorstandschef glaubt an den Erfolg der neuen Speichertechnik: Bis zu 50 Prozent des Markts für LFP-Lithiumspeicher könnten in Zukunft durch preisgünstige Natrium-Ionen-Batterien ersetzt werden, sagte der Chinese im vergangenen Jahr.

Im Automarkt könnten die Salzbatterien vor allem für Kleinwagen im Einstiegssegment interessant sein, sagen Fachleute. Hier ist der erhoffte Kostenvorteil durch den billigen Batterierohstoff Natrium besonders relevant und die geringere Leistungsfähigkeit kein allzu großes Handicap.

CATL und Changan präsentierten am Donnerstag allerdings erst einmal ein E-Auto der Mittelklasse. Unabhängige Fahrtests gibt es noch nicht. Nach Angaben des Unternehmens soll die Reichweite bei zunächst mehr als 400 Kilometern liegen. In Zukunft sollen bis zu 600 Kilometer möglich sein. Der Erstling hat laut chinesischen Medienberichten eine Salzbatterie mit einer Kapazität von 45 Kilowattstunden. Zum Vergleich: Die Lithium-Batterie im Basismodell des elektrischen Kompaktmodells ID.3 von VW hat 52 Kilowattstunden.

So sehr wie CATL forciert derzeit kein anderer großer Batteriehersteller die Na­trium-Technik. Der Konzern spricht mit viel Pathos von einer neuen „Ära der zwei Sterne“ – neben Lithium soll in Zukunft Natrium der zweite zentrale Batterierohstoff werden. Der Weltmarktführer arbeitet bereits seit 2016 an der Entwicklung der Salzbatterien und hat einen Milliardenbetrag investiert. Ein Vorteil beim Aufbau der Großserienfertigung: Weil der technische Aufbau der Salzbatterien stark dem von Lithium-Stromspeichern ähnelt, können die gleichen Fertigungsanlagen mit geringen Modifikationen genutzt werden.

Unklar ist derzeit, ob auch die Nummer zwei im globalen Batteriemarkt auf die Natrium-Ionen-Technik setzen wird: Das chinesische Unternehmen BYD, das zugleich der größte Hersteller von Elek­troautos ist, hat zwar für seinen Heimatmarkt einen Kleinwagen in einer Variante mit Natrium-Ionen-Batterie entwickelt, die Stückzahlen dürften allerdings sehr gering sein. BYD teilt auf Anfrage lediglich mit, die Ingenieure des Konzerns befassten sich mit allen relevanten Batterietechnologien.

Und wo stehen westliche Hersteller im Technologiewettbewerb um die neuen Salzbatterien? Der gescheiterte schwedische Hersteller Northvolt hatte vor seiner Milliardenpleite auch Prototypen von Natrium-Ionen-Speichern entwickelt. Derzeit gibt es dagegen in Europa und den USA vor allem eine Reihe von Kleinunternehmen. Das Start-up Phenogy aus der Schweiz installierte im Herbst in Bremen eine stationäre Natrium-Ionen-Großbatterie, die für die Speicherung von Solarstrom und für die Versorgung von E-Auto-Ladesäulen genutzt wird.

Bei den Lithium-Batterien habe die europäische Industrie den Anschluss an die Asiaten verpasst, sagt Phenogy-Gründer Peter Braun. „In der Natrium-Ionen-Technik darf uns das nicht noch mal passieren“, mahnt er. Er hofft, in Zukunft auch Rechenzentren als Kunden für seine Salz-Großspeicher zu gewinnen. Mit Batterien für Autos befasst sich Phenogy dagegen nicht.

Und dann ist da noch Volkswagen. Europas größter Autobauer hat Ende vergangenen Jahres seine erste eigene Batteriezellenfabrik eröffnet. Sie ist der derzeit größte Hoffnungsträger der jungen europäischen Batterieindustrie. Aber in der neuen „Giga Factory“ in Salzgitter fertigt VW derzeit ausschließlich die vergleichsweise teuren Lithium-Ionen-Zellen vom NMC-Typ. „Natrium-Ionen-Batterien sind in der Entwicklung“, heißt es von VW. Wann sie serienreif sind, ist bislang unklar.

„Europa hat die Chance, erfolgreich mitzuspielen im Markt für Natrium-Ionen-Zellen“, sagt der Batterieexperte Jakob Fleischmann, Partner der Unternehmensberatung McKinsey. Auch wenn chinesische Wettbewerber schon losgelegt hätten: „Das ist eine junge Batterietechnologie, das Rennen ist noch offen“, glaubt er.

Ähnlich sieht das der Batterieforscher Adelhelm von der Humboldt-Universität. Die Chinesen lägen zwar klar vorne in der Industrialisierung der Natrium-Ionen-Technik. „Aber sie sind uns nicht so weit voraus wie bei Lithium-Ionen-Batterien. Das ist eine Chance für Europa.“

Fachleute bezweifeln allerdings, dass europäische Hersteller aus eigener Kraft die Lücke zu Chinas mächtigen Batteriekonzernen schließen können. Ohne eine „politische Flankierung“ gehe es nicht, erwartet McKinsey-Berater Fleischmann. Zwar könnten langfristig neue Batterietechnologien wie die Natrium-Speicher auch in Europa wettbewerbsfähig hergestellt werden. Aber die zu erwartenden Anfangsverluste werde die Industrie kaum allein finanzieren können.

„Die Preise chinesischer Hersteller sind derzeit unschlagbar, da haben wir in Europa keine Chance“, sagt Adelhelm. Er wirbt für einen „temporären Schutz“, etwa in Form sogenannter „Local Content“-Vorgaben – Regeln, die vorschreiben, dass ein bestimmter Teil der Wertschöpfung in der Batteriezellenherstellung europäisch sein soll.

Für solche Vorgaben machen sich auch führende Industrievertreter wie die Chefs von Bosch und VW, Stefan Hartung und Oliver Blume, stark. EU-Industriekommissar Stéphane Séjourné arbeitet derzeit an Vorschlägen für eine „Buy European“-Strategie, die allerdings unter den Mitgliedstaaten bislang hoch umstritten ist. Ende Februar will der Franzose seinen Plan vorstellen. Bleibt zu hoffen, dass die Salzbatterien „made in Europe“ nicht enden wie das von Natrium angetriebene U-Boot Jules Vernes: Die Nautilus verschwindet am Ende seines Romans im Strudel eines gewaltigen Mahlstroms.