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E-Mobilität Am Lithium-Ionen-Akku führt noch kein Weg vorbei. China will mit seiner Hilfe den großen Sprung an die Spitze der Industrieländer schaffen

Noch hängt die Zukunft von Energiewende und E-Mobilität an einer Erfindung, die 1991 das erste Mal auf den deutschen Markt kam: der Lithium-Ionen-Batterie. Was damals in einer Videokamera von Sony Verbreitung fand, ist heute gesetzt als wichtigstes Bauteil für Elektroautos, Handys sowie Stromspeicher für Wind- und Sonnenenergie.

Das ist umso erstaunlicher, als das Wettrennen um eine der wichtigsten Zukunftstechnologien inzwischen ein globaler Kampf um die Märkte der nächsten Jahrzehnte geworden ist. Jede Woche wollen Forscher in den USA, Europa oder Fernost das nächste große Ding erfunden haben: einen Lithium-Metall-Akku, eine aus Papier und Bakterien gespeiste Batterie, einen blitzschnell aufladenden Feststoffspeicher. Auch an Natrium-Schwefel- oder Lithium-Luft-Batterien wird geforscht, doch zur Serienfertigung hat es noch keine Alternative gebracht. Bei Energiedichte, Lebensdauer und etwa auch den Kosten ist die Lithium-Ionen-Batterie aus Sonys Videokamera klar überlegen. Die meisten Prognosen erwarten, dass sich das auch zumindest für die nächsten zehn Jahre nicht ändern wird.

Allerdings hat die Lithium-Ionen-Technik eine Achillesferse: die eingesetzten Materialien. Die derzeit besonders in Asien und in den USA massiv ausgeweiteten Produktionskapazitäten für Lithium-Ionen-Speicher führen zu steigenden Preisen bei den dafür notwendigen Rohstoffen Kobalt und Lithium. Um Letzteres gibt es etwa in Chile Konflikte. Es wird daher intensiv an Ersatzmaterialien geforscht. Denn Kobalt wird derzeit zum allergrößten Teil unter problematischen Arbeitsbedingungen in Zentralafrika, vor allem im Kongo, produziert. Doch der Kobalt-Preis ist nachfragebedingt bereits jetzt erheblich gestiegen. Mit weiteren Preissteigerungen ist zu rechnen, da es kaum andere bekannte Kobalt-Vorkommen gibt. Zugleich versuchen Batteriehersteller, den Kobalt-Anteil zu verringern. Der Tesla-Partner Panasonic hat stolz verkündigt, ihn auf fünf Prozent gedrückt zu haben. Doch die Substitution von Kobalt ist mit einem Zielkonflikt verbunden: Das kostbare Schwermetall verhindert ungewollte Hitze-Entwicklung und sorgt für eine lange Lebensdauer. Gerade die Hitze-Entwicklung ist ein Problem für die Elektromobilität, weil zugleich die Packungsdichte der Batteriezellen für E-Mobile mit jeder neuen Zellengeneration erhöht wird, um das Gewicht des Speichers zu senken und so Raum im Fahrzeug zu gewinnen.

Nur noch E-Roller erlaubt

Kostengünstige Ersatzstoffe mit genau diesen Eigenschaften sind jedoch bisher nicht gefunden. Forschung und Entwicklung beschäftigen sich mit konkurrierenden Zielen: Eine größere Hitze-Entwicklung erfordert zusätzlichen Kühlaufwand und vermindert damit den Gesamtwirkungsgrad des Akkus. Kurz gesagt: Die Batterieforschung macht Fortschritte, doch eine „Wunderbatterie“ ist nicht in Sicht.

Genauso regelmäßig wie die Schlagzeilen über angeblich durchschlagende Innovation treffen Meldungen über milliardenschwere Investitionsentscheidungen und neue Giga-Fabriken ein, die die Marktführer in Asien aufziehen. Derzeit entstehen vor allem in China, aber auch in Japan und Südkorea große neue Produktionskapazitäten für Lithium-Ionen-Batterien.

Die Batterieproduktion in großem Maßstab ist insbesondere in China mit einer antriebsseitigen Festlegung auf die Elektromobilität verbunden; der E-Motor ist als künftige Antriebstechnik gesetzt. Industriepolitisches Ziel ist es, die Verbrennungsmotor-Ära gleichsam zu überspringen und einen Markt für E-Fahrzeuge und damit eine eigene E-Fahrzeug-Industrie auszubauen, die dann in einem zweiten Schritt den Weltmarkt bestimmen soll.

Diese Strategie kann gelingen, weil der chinesische Binnenmarkt mit seiner nach wie vor erheblichen Wachstumsdynamik groß genug ist und weil – freundlich formuliert – Chinas Regierung über eine umfassende Lenkungs- und Interventionsmacht verfügt. Dafür werden nicht nur die klassischen Instrumente der Ansiedlungspolitik und Auflagen für ausländische Investoren genutzt. Die Regierung setzt ebenso auf strikte ordnungspolitische Maßnahmen wie Fahr- oder Zulassungsverbote für Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor und auf eine gezielte Beschaffungsstrategie für den öffentlichen Sektor.

Sehr weit ist bereits die Elektrifizierung von Bussen und Motorrollern fortgeschritten, in den meisten chinesischen Metropolen sind nur noch E-Roller erlaubt. Die im nächsten Jahr geltende E-Fahrzeug-Quote für neu zugelassene PKWs wird einen zusätzlichen Schub bei der Elektrifizierung des Straßenverkehrs bringen. Zugleich werden die erneuerbaren Energien ausgebaut und wird eine Politik der Rohstoffsicherung insbesondere in Afrika betrieben, die die Versorgung mit den nötigen Materialien zur Batterieherstellung und für Wind- und Solaranlagen auf Dauer sichern soll.

Die Elektrifizierung des Verkehrs und die damit eng verbundene massive Ausweitung der Batteriespeicherproduktion haben aber nicht nur industriepolitische Motive. Sie sind auch eine Antwort auf die erheblichen Umweltbelastungen, die der überkommenen fossilen Strom- und Verkehrswirtschaft geschuldet sind. So soll die immense Luftverschmutzung gerade in den Ballungszentren vermindert werden. Außerdem ist die Erwartung in China groß, dass man so mittel- und langfristig von der globalen Energiewende und der anstehenden Dekarbonisierung profitiert.

Doch Batterien sind nicht nur für die Elektromobilität wichtig, um die nötige Antriebsenergie zu liefern. Zunehmend werden sie auch stationär zur Stabilisierung des Stromnetzes eingesetzt. Für Deutschland wird das zentral sein. Hierzulande wird zunehmend deutlich: Ohne Puffer und Speicher wird die Energiewende mit fluktuierend einspeisenden Wind- und Solaranlagen nicht funktionieren.

Bei der Zukunft der Strominfrastruktur geht es um eine doppelte Herausforderung: zum einen um Prosuming, also darum, dass immer mehr Menschen Strom selbst erzeugen, den sie teils selbst verbrauchen und teils ins Stromnetz einspeisen. Zum anderen um die Sicherung und Finanzierung einer überregionalen, vernetzten Stromversorgung.

Selbstversorgersorgen

Dezentrale Erzeugungsanlagen laden zum Direktverbrauch geradezu ein: Jede vor Ort direkt genutzte Stromeinheit muss nicht transportiert und verteilt werden. Gleichwohl ist wirkliche Autarkie nur in den wenigsten Fällen sinnvoll oder ökonomisch tragbar: Der volatile Charakter der Erneuerbaren macht eine komplette Eigenversorgung mit Energie teuer.

Doch die Anreize, den selbst erzeugten Strom auch selbst zu nutzen, haben sich in den letzten Jahren dramatisch verändert: Solange die Einspeisevergütungen gemäß dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) hoch waren, hatte das wenig Sinn. Nun ist aber nicht nur der Vergütungssatz drastisch gesunken, sondern auch der Preis für Haushaltsstrom gestiegen. Es lohnt sich also, möglichst viel selbst erzeugten Strom zu nutzen. Zudem sinken die Kosten für Heimspeicher, mit denen der Eigenverbrauchsanteil auf 60 bis 70 Prozent gesteigert werden kann. Zusätzlich kann der Eigenverbrauchsanteil mit der Anschaffung eines Elektroautos erhöht werden. Schon in den nächsten Jahren ist also bei stationären Speichern und der Elektromobilität mit einem dynamischen Wachstum zu rechnen: Spätestens dann, wenn die ersten EEG-geförderten Anlagen in größerer Zahl aus der 20-jährigen Garantiezeit für die anfangs sehr hohen Einspeisevergütungen herausfallen, also von 2025 an.

Doch die Selbstversorgung mit privat erzeugter Energie, etwa per Photovoltaikanlage auf dem Dach, ist energiewirtschaftlich nicht unproblematisch. Für eigenverbrauchten Strom benötigen die Prosumenten nicht einmal das öffentliche Verteilnetz. Zwar sind sie in aller Regel weiterhin an das öffentliche Stromnetz angeschlossen, doch beziehen sie daraus nur noch einen Bruchteil ihres benötigten Stroms. Damit beteiligen sich die Prosumenten auch nur noch zu einem Bruchteil an den Umlagekosten des Stromsystems insgesamt.

Sie zahlen nicht nur weniger Netzentgelte, sondern auch weniger Stromsteuer und weniger EEG-, Kraft-Wärme-Kopplungs- und Offshore-Umlage. Diese Steuer- und Umlagebestandteile machen etwa vier Fünftel des Strompreises aus, entsprechend hoch sind die Einnahmeausfälle für die Finanzierung der Gemeinlasten im Stromsystem. Deshalb bedeutet ein hoher, batteriegestützter Prosuming-Anteil unter den aktuellen Bedingungen der Strompreisbildung eine Entsolidarisierung bei der weitgehend gemeinschaftlichen Finanzierung der Stromnetzinfrastruktur.

Für die Zukunft der Stromversorgung ist auch die Wende zur E-Mobilität bedeutsam: Sektorkopplung heißt das Zauberwort. Damit ist die Elektrifizierung der bisher von fossilen Brennstoffen dominierten Sektoren Verkehr und Gebäudewärme gemeint, und zwar so, dass die Vorteile der Verschränkung der verschiedenen Sektoren genutzt werden. Diese setzt voraus, dass es viele verteilte Speicher, E-Fahrzeuge und stationäre Batterien gibt. In Deutschland experimentieren Fahrzeughersteller und Netzbetreiber mit beiden Optionen. Das niederländische Stromnetzunternehmen Tennet testet 100 E-Autos als Puffer für Netzschwankungen, Audi lädt eine kleine Flotte von e-trons „netzdienlich“. Bei Tesla ist die Verwendung ausgedienter Autobatterien als Homestorage-Einheit für Haushalte schon Teil des Produktangebotes. Doch bleibt es bisher bei Experimenten und Nischenangeboten.

Denn die Rahmenbedingungen verhindern, dass die Sektorkopplung in größerem Umfang genutzt werden kann: Es gibt keine Anreize für eine energiewirtschaftlich günstige Balance zwischen den fluktuierend anfallenden erneuerbaren Energien und einer netzstabilisierenden Speicherung in mobilen und stationären Batterien.

Das Haupthindernis für eine gelingende Sektorkopplung sind der unflexible Strompreis und die Belastung mit Entgelten für jede Durchleitung von Strom im Netz. Was so trocken technisch klingt, hat enorme Auswirkungen auf die gesamte Energiewende: Solange das auf Sektortrennung und eine zentrale Energielieferung ausgerichtete Strompreissystem gilt, lohnt sich das flexible und dezentrale Laden, Speichern und Entladen zwischen dem Stromnetz und Batteriespeichern nicht. Ziel muss sein, dass es sich lohnt, gebunkerten Strom aus dezentralen Speichern zum Ausgleich unregelmäßiger Stromerzeugung ins Netz zu geben, und zwar am meisten dann, wenn kein Wind weht und die Sonne nicht scheint. Zum anderen braucht es einen Solidarbeitrag der Prosumenten, mit dem sie sich unabhängig am Stromnetz beteiligen. Die Vermutung liegt nahe: Eine kluge Ausgestaltung des Strommarktes und einer solidarischen Grundfinanzierung würde zu einer Innovationswelle von neuen Speicherlösungen führen und den Umstieg auf E-Fahrzeuge beschleunigen.

Weert Canzler ist Mobilitätsforscher am Wissenschaftszentrum Berlin für Sozialforschung

06:00 24.09.2018

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