E-Mobilität: Zeit der Zell-Forscher

Klimaziele in Gefahr? Dann schneller Tod dem Diesel – und noch schneller her mit Akku-Autos. Die Botschaft: E-Mobilität löst alle Probleme.

Leider funktioniert Fahren per Hochspannung nicht so einfach wie Regierende das gerne hätten. Für die Energie aus fünf Litern Sprit braucht es einen Akku mit 300 Kilo und mehr. Wo all die Speicher für Millionen Autos herkommen sollen und wo Leitungen und Strom? Darauf hat in Berlin bislang noch niemand so recht Antworten gegeben.

Fest steht: Die Akzeptanz von E-Autos steht und fällt mit der Reichweite. Und damit werden – außer dem Netz aus Ladesäulen – Batterien zum entscheidenden Faktor. Das Ideal: kompakte Bauweise, hohe Kapazität, schonend für Ressourcen, langlebig - und obendrein billig. In Kombination dummerweise unmöglich. Selbst die gängigen Lithium-Ionen-Akkus haben Nachteile. Bei Schnellladung drohen Ablagerungen an den Elektroden, auch ein Kurzschluss durch chemische Prozesse bleibt als Restrisiko.

Weltweit wird daher viel geforscht und experimentiert. Nickel oder das im Überfluss vorhandene Silizium könnten das teure und obendrein ätzende Lithium Schritt für Schritt ersetzen, Ladezeit lässt sich womöglich durch Vorheizen der Zellen über hauchdünne Metallfolien stark verkürzen. Im Labor funktionieren derlei Ideen bereits; doch wann sie den Weg in die Großserie finden, ist selbst unter Fachleuten umstritten.

Immerhin sind die Deutschen aufgewacht. Noch werden die wichtigen Zellen vorrangig in Asien produziert, doch das soll sich ändern. VW baut mit schwedischer Unterstützung ein Werk in Salzgitter, der chinesische Hersteller CATL hat sich für Thüringen entschieden, und Tesla will nahe Berlin nicht nur Autos, sondern auch die dafür nötigen Akkus produzieren. Zudem entsteht in Münster ein Forschungszentrum für Batterien; leider als Wahlkampfgag der zuständigen Bundesministerin schon teildiskreditiert.

Das Hauptproblem aber ist kein politisches: Trotz enormer Fortschritte in den vergangenen Jahren scheint die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien weitgehend ausgereizt. Große Sprünge bei der Entwicklung werden damit zunehmend unwahrscheinlicher. Saft für 200 Kilometer im Format eines Schuhkartons dürfte mit dieser Technologie Utopie bleiben.

Das Zauberwort heißt "Festkörperbatterie". Bei ihr steht zwischen Plus und Minus keine Flüssigkeit, sondern eine hauchdünne Schicht aus Glas oder Keramik. Allerdings geht’s auch hier derzeit nicht ohne Lithium. Die Vorkommen auf der Erde sind zwar größer als etwa die von Blei oder Zinn, dennoch könnte das Alkalimetall bei weiter stark steigender Nachfrage auch schnell knapp werden.

Allein für den Bereich Elektromobilität erwartet das Fraunhofer-Institut bis 2030 einen Anstieg des Lithium-Bedarfs um das Zwanzig- bis Vierzigfache. Das meiste davon müsste neu gewonnen werden. Batterien sind mittlerweile so langlebig, dass nach ihrem Einsatz im E-Auto meist noch ein zweites Leben als Solarstromspeicher wartet. Vor 2040 dürfen also voraussichtlich nur überschaubare Mengen aus Recycling erwartet werden.

Und also geht die Suche nach Antriebsalternativen weiter: Batterien mit Magnesium zum Beispiel, Zink oder Calcium. Die aktuell größte Hoffnung ist Natrium. Das Material ist billig, überall verfügbar und unproblematisch. In zwei, drei Jahren könnten erste Speicher serienreif sein. Ihr Manko: Bei der Energiedichte liegen sie noch weit hinter Lithium-Zellen und fallen daher für Elektroautos vorerst aus – für stationäre Speicher hingegen wären sie eine Möglichkeit. Hier gespartes Lithium würde also indirekt dem E-Auto helfen.

Die Zell-Forscher dürften also noch gut zu tun haben.