Der Verkehrssektor ist in Deutschland mit circa 30 % bereits heute für einen signifikanten Anteil des Endenergieverbrauchs verantwortlich – Tendenz steigend. Das Umweltbundesamt prognostiziert 2019 beispielsweise ein jährliches Wachstum des Güterverkehrs in Deutschland von 2 %.
Wandel zur Elektromobilität muss gelingen, um Klimaziele zu erreichen
Das ehrgeizige Ziel, innerhalb des Verkehrssektors bereits bis 2030 eine Minderung des verkehrsbedingten CO2-Ausstoßes um mehr als 40 % zu erreichen, kann nur durch den verstärkten Einsatz elektrifizierter Fahrzeugantriebe im Straßenverkehr ermöglicht werden. Damit die ambitionierten Klimaziele auch unter Berücksichtigung steigender Neuwagenzulassungen erreicht werden können, muss zwingend der Wandel hin zur Elektromobilität gelingen. Die Kernherausforderung liegt in der kostengünstigen und nachhaltigen Produktion von Elektrofahrzeugen und ihrer Komponenten. Dabei stellt die Batterie als Hauptkostentreiber eine Schlüsseltechnologie dar, die maßgeblich den Markterfolg von Elektrofahrzeugen bestimmen wird.
Dies zeichnet sich insbesondere durch die starke Reichweitendeterminierung und den hohen Wertschöpfungsanteil von 30 bis 40 % am Gesamtfahrzeug aus. Bereits heute werden Batteriemodule und -systeme erfolgreich in Deutschland entwickelt und gefertigt. Die Herstellung der Batteriezellen, die zu Batteriemodulen integriert werden, ist hingegen vorwiegend in Asien vorzufinden.
Bedingt durch den hohen Anteil der Wertschöpfung einer Batteriezelle am Batteriesystem ist aktuell damit auch ein signifikanter Anteil der Wertschöpfung nicht in Deutschland angesiedelt. Daraus folgt eine hohe Abhängigkeit deutscher Unternehmen von asiatischen Zulieferern. Gleichzeitig bestimmt die Batteriezelle maßgeblich die Leistungsfähigkeit des Elektrofahrzeuges und ist eines der entscheidenden Differenzierungsmerkmale in batteriebetriebenen Produkten.
Aufbau einer industriellen Massenfertigung für Batteriezellen ist essenziell
Um Deutschland als Leitmarkt für die Elektromobilität sowie für weitere batteriebetriebene Produkte zu etablieren, muss auch die Wertschöpfung überwiegend hierzulande angesiedelt werden. Seit Ende 2015 gibt es jedoch in Deutschland keine nennenswerte kommerzielle Zellherstellung für die Verwendung in elektrifizierten Fahrzeugen mehr. Aus Sicht der Industrie und Wissenschaft ist es dennoch essenziell, eine industrielle Massenfertigung für Batteriezellen aufzubauen. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund der hohen Abhängigkeit von asiatischen Herstellern und der dort erbrachten Wertschöpfung notwendig.
Eine wesentliche Herausforderung für die Befähigung einer industriellen Zellfertigung stellt die frühzeitige und kosteneffiziente Skalierung der Produktionsprozesse für neue Zelldesigns und -generationen dar. Zwar verfügt der Wirtschaftsstandort Deutschland über spezialisierte Weltmarktführer im Maschinen- und Anlagenbau, jedoch können diese ihre Technologien nicht adäquat in laufenden Zellfabriken testen und weiterentwickeln.
Deutschland hinkt weltweit hinterher
Der Wissensvorsprung der asiatischen Zellhersteller kann somit nur bedingt aufgeholt werden, da essenzielle Themen wie etwa die Integration und der Anlauf neuer Zellchemien, die energieoptimierte Produktion sowie ein durchgängiges Datenkonzept zur Ausschussminimierung und Qualitätssteigerung von deutschen Maschinen- und Anlagenbauern nur eingeschränkt adressiert werden können. Um diesen Wissensrückstand aufzuholen sowie Kompetenzen und Alleinstellungsmerkmale in der Großserienproduktion zu schaffen, wurde das Vorhaben Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB) initiiert.
Die FFB soll die Voraussetzung für eine Batteriezellfertigung in Deutschland schaffen sowie deren Bestand in der Zukunft sichern. Zukünftige Batteriezelldesigns sollen frühzeitig auf einer großindustrialisierten Anlage getestet und erprobt werden, um den Anlauf in der industriellen Fertigung von Batteriezellen möglichst effizient und ohne hohe Anlaufverluste zu realisieren. Damit sollen wesentliche Kosten in der industriellen Fertigung eingespart werden und infolgedessen ein qualitäts- und kostenoptimiertes Produkt angeboten werden. Insbesondere wird mit dem Aufbau der FFB die Erzeugung von geistigem Eigentum sowie die Befähigung des Maschinen- und Anlagenbaus fokussiert.
Der Aufbau sowie der Betrieb der FFB wird unter der Trägerschaft und Federführung der Fraunhofer-Gesellschaft erfolgen. Bei der Umsetzung der Forschungsfertigung Batteriezelle sollen sowohl Forschungsinstitute als auch Industrieunternehmen mitwirken, um so den Transfer von neuen Batteriekonzepten und Produktionsverfahren in die Praxis zu beschleunigen. Damit stellt die FFB ein Vorhaben für ganz Deutschland, insbesondere für deren Forschungsinstitutionen und der Industrie dar.
Für den Aufbau und Betrieb der Forschungsfertigung Batteriezelle werden Mittel von Land und Bund in Höhe von 700 Mio. Euro zur Verfügung gestellt. Dabei stellt das Land Nordrhein-Westfalen mehr als 200 Mio. Euro bereit. Dieses zeichnet sich durch eine konzentrierte Batteriezell- sowie Batterieproduktionsforschung aus. Professor Martin Winter aus Münster (Leitung MEET) sowie sein Aachener Kollege Professor Achim Kampker (PEM der RWTH Aachen) sind international führende Experten auf ihrem Gebiet und unterstützen das Vorhaben mit ihrer Expertise.
“Woche der Elektromobilität“
Wer mehr über die Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB) aber auch der Batteriezell-, Batteriemodul- und Batteriepackfertigung sowie Kooperations- und Partizipationsmöglichkeiten erfahren möchte, wird bei der Woche der Elektromobilität des Lehrstuhls Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der RWTH Aachen zwischen dem 14. und 17. Oktober 2019 fündig.
