Auf dem Weg zur Klimaneutralität fordert die EU von den Mitgliedsstaaten mit dem „Green Deal“, die Treibgasemission im ersten Schritt um 55 % gegenüber 1990 zu senken. Ein Weg dorthin ist Elektromobilität, damit sind gleichzeitig die Hersteller von Lithium-Ionen-Batteriezellen betroffen. Da die Batterieproduktion besonders energieintensiv ist, wirken sich die hohen Strompreise auf die Wirtschaftlichkeit der europäischen Produktionsstätten aus.
Die aktuelle Studie von Porsche Consulting in Zusammenarbeit mit dem VDMA zeigt die Marktentwicklung und Chancen, die in Europa ergriffen werden müssen: Weltweit sind rund 200 Batteriefabriken im Bau oder in Planung. Wirtschaftlich ergibt es Sinn, die Zellen in der Nähe der Abnehmer wie den großen Automobilherstellern zu produzieren, denn lange Transportwege der Zellen aus Übersee bedeuten gebundenes Kapital und Transaktionen. Mit den Fabriken reagieren die Hersteller auf die enorm steigende Nachfrage nach Batteriezellen. Allein in Europa rechnet man mit einer Verzehnfachung der Fertigungskapazitäten bis 2030 mit etwa 1,5 TWh/a. Ausgestattet werden die neuen Fabriken derzeit vor allem mit Produktionstechnik aus Asien. Chinesische Maschinenbauer setzen derzeit als Komplettanbieter den Standard. Nur acht Prozent der Hightech-Ausrüstung dieser Fabriken kommt aus Europa.
Europa fehlt der große Ausrüster für die Zellfertigung
Im Gegensatz zum asiatischen Wettbewerb fehlt in Europa ein Generalunternehmen, der eine ganze Fabrik für die Zellfertigung ausrüsten kann. Kein Mittelständler hat die Kapazitäten, eine 20-Gigawatt-Fabrik allein auszurüsten. Die Lösung ist eine Zusammenarbeit von Firmen entlang der Prozesskette und ein gemeinsames Auftreten als Lieferant gegenüber Anlagenplanern oder Endkunden. Die Kooperation von Manz, Dürr und Grob geht hier als gutes Beispiel voran.
Derartige Zusammenschlüsse europäischer Lieferanten sind in der Batterieproduktion allerdings noch selten, weshalb Batterieproduzenten gern auf den Marktführer aus China zurückgreifen. Dieser rüstet derzeit viele Gigafactories preisgünstig mit Maschinen mit einem eigenen Serienstandard aus. Als scheinbar erfahrenerer Marktführer weist er hierfür etliche Referenzen in der Großserie aus. Anders sieht es bei den mittelständisch geprägten europäischen Lieferanten aus. Diese bauen das Know-how für Großserienprojekte gerade erst auf. In der Batteriefertigung müssen das Vertrauen und die Beziehungen zwischen der Automobilindustrie und diesen Lieferanten erst noch wachsen.
Warum asiatische Technik in Europa oft teurer wird
In puncto Kostenplanung gilt es zu bedenken, dass asiatische Technik unter europäischen Rahmenbedingungen oft nicht wirtschaftlich zu betreiben ist. Dazu tragen nicht nur die bereits angesprochenen Stromkosten bei, sondern auch die Personalkosten: Asiatische Anlagen erfordern viele manuelle Arbeitsvorgänge, beispielsweise beim Handling der Rohstoffe und Batteriemassen, sogenannte Slurries. Fehlende Sensorik führt außerdem dazu, dass Störungen oder Abweichungen im Dauerbetrieb nicht immer erkannt werden. Mitarbeitende müssen deshalb viele Steuerungspunkte der Anlage ablaufen und individuell überprüfen und bedienen, da es kein übergeordnetes Steuerungskonzept gibt. Für den Betrieb asiatischer Anlagen ist deshalb in der Regel wesentlich mehr Personal nötig. Oder diese Anlagen sind einfach technisch weniger effizient, sodass geringere Durchsätze, häufige Stillstände und damit höhere Betriebskosten die Folge sind.
Besonders die operativen Betriebskosten einer Anlage sollten Einkäufer in die Gesamtbetrachtung einbeziehen. Asiatische Anlagen sind zwar in der Anschaffung günstiger, erfüllen aber weder die europäischen Atex-Richtlinien und CE-Konformitäten, noch erfüllen sie die Arbeitssicherheitsvorgaben. Ertüchtigt man eine solche Anlage auf das europäische Anspruchsniveau, sind die Kostenunterschiede in der Investition gering. Im Betrieb offenbaren sich dann allerdings die Effizienzunterschiede aufgrund der simpleren Technik und manueller ausgelegten Steuerung. Für die Kostenbewertung ist daher die Total Cost of Ownership ausschlaggebend. Gemessen an ihr ist die europäische Technologie auch heute schon wettbewerbsfähig. Ganz zu schweigen von der Erfüllung der Lastenhefte der großen Automobil OEMs.
Energie mit der richtigen Mischtechnik sparen
Die Wirtschaftlichkeit einer Anlage steht und fällt mit der Effizienz der Einzelkomponenten. Beispiel Mischsysteme: Im ersten Schritt der Elektrodenfertigung verarbeiten Mischer das Elektrodenmaterial für Kathode und Anode dosiert und in der passenden Rezeptur zu einem Slurry. Nach dem Coaten mit dem Slurry, findet eine energieintensive Trocknung statt. Da die Elektrodenfertigung der energieintensivste Schritt im Herstellungsprozess ist, verdient sie besonderes Augenmerk.
Effiziente Mischtechnik stellt daher einen Stellhebel dar, um eine grüne und wettbewerbsfähige Produktion aufzubauen. Allerdings weisen die verschiedenen verfügbaren Mischer am Markt erhebliche Unterschiede im Stromverbrauch bei der Slurryherstellung auf. Der Einsatz des Mischers von Eirich in mehreren asiatischen Gigafactories zeigt: Der Eirich Mixsolver spart, im Vergleich zu Planetenmischern, rund 95 % der Energie, die zur Herstellung ihrer Elektrodenmischungen benötigt wird.
Trockenelektrodenfertigung wirtschaftlicher denn je
Für Einkäufer spielen bei der Wahl der Mischtechnik nicht nur ökonomische Gesichtspunkte wie Stromverbrauch und Anschaffungskosten eine Rolle. Anlagenplaner sollten die Technik auch unter dem Blickwinkel der Zukunftsfähigkeit bewerten. Grund: In der Elektrodenfertigung zeichnet sich ein Trend von der Nass- zur Trockenelektrodenfertigung ab. Damit entfällt der energieintensive Trocknungsschritt und die Aufbereitung im Mischer muss anders erfolgen. Doch dafür muss das Equipment ausgelegt sein: Während die für die Nasselektrode etablierten Planetenmischer für die Trockenelektrodenfertigung völlig ungeeignet sind, ist der Mixsolver von Eirich der einzige Batch-Mischer, der sowohl Nasselektroden als auch Trockenelektroden in einem Eintopf-Prozess herstellen kann. Darüber hinaus kann er für Granulierung oder Herstellung extrusionsfähiger Elektrodenmassen verwendet werden.
Die Trockenelektrodenfertigung ist aktuell die bedeutendste Weiterentwicklung in der Zellproduktion. Nicht nur Industrieunternehmen wie Tesla oder PowerCo und viele weitere OEMs fokussieren sich auf die neue Technologie. Inzwischen ist die Trockenelektrodenfertigung auch Gegenstand öffentlich finanzierter Forschung, da von ihr die Attraktivität ganzer Standorte abhängt.
Was macht die Trockenelektrodenfertigung so besonders? Im herkömmlichen Nass-Herstellungsprozess wird der Slurry zusammen mit einem Lösemittel aufgetragen. In 50 bis 100 m langen Trocknungsstrecken wird das Lösemittel anschließend wieder verdampft. Diese sehr energiehungrigen Beschichtungs- und Trocknungsschritte entfallen bei der Trockenelektrodenherstellung. Auf diese Weise lassen sich Energie, Produktionsfläche und Lösemittel einsparen.
Fazit
Die Faktoren CO2-Reduzierung, hohe Energiekosten und steigende Nachfrage erfordern maximale Effizienz. Die richtige Technologie und strategische Partnerschaften tragen wesentlich dazu bei, um diese Herausforderungen zu bewältigen. Ein höherer Automatisierungsgrad durch Sensorik und eine gesamtheitliche Prozessleittechnik ist zwar mit höheren Investitionen verbunden, zahlt sich aber bei der Produktion unter hiesigen Rahmenbedingungen aus. Zusätzlich muss es dem europäischen Maschinenbau gelingen, integrierte Fabriklösungen anzubieten, um sich gegen die Konkurrenz aus Asien behaupten zu können. Technologisch ist die heimische Industrie auf Augenhöhe mit China, diese bieten aber bereits ganze Batteriefabriken schlüsselfertig an. Nur durch Partnerschaften wird es Europa gelingen, „Turn Key Solutions“ mit gewohnt hoher Qualität zur Verfügung zu stellen und die aktuellen Marktchancen zu nutzen.
Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH & Co KG, Hardheim
Autor: Stephan Eirich
Geschäftsführer
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