Die Start-ups, die die Batterieproduktion in die USA zurückholen wollen
US-Unternehmen setzen auf Natrium-Ionen-Batterien, um Chinas Dominanz bei der Energiespeicherung zu brechen.
Während Hitzewellen in diesem Sommer Europa verbrannten, bemerkten Mitarbeiter eines US-amerikanischen Batterieunternehmens einen unerwarteten Anstieg der Nachfrage. Das in San Diego ansässige Unternehmen Unigrid verkauft eine neun Kilowattstunden (kWh) große Batterie für Privathaushalte. Schwitzende europäische Hausbesitzer suchten offenbar nach Möglichkeiten, Strom zu speichern, wenn er günstiger aus dem Netz bezogen werden konnte, um Klimaanlagen während der heißesten Tageszeiten kostengünstiger mit Batteriestrom zu betreiben.
„Wir erhalten Anfragen aus Spanien, Frankreich, Deutschland und den Niederlanden“, sagt Darren Tan, Mitbegründer und Chief Executive Officer von Unigrid. „Wir haben die ersten 100 Einheiten versendet und erwarten, bis Ende des Jahres 1.000 Stück abzuliefern.“ Für deutsche Privatanleger ist das ein interessanter Hinweis: Die Nachfrage nach Heimspeichern wächst auch hierzulande, und Natrium-Ionen-Batterien könnten eine preisgünstigere Alternative zu den verbreiteten Lithium-Ionen-Systemen werden.
Natrium statt Lithium: Vorteile und offene Fragen
Die Batterie von Unigrid setzt auf eine aufstrebende Technologie – es handelt sich um eine Natrium-Ionen-, nicht um eine Lithium-Ionen-Batterie. Natrium-Ionen-Batterien wecken bei Experten für Energiespeicher Begeisterung, da sie potenziell deutlich günstiger in der Herstellung und im Betrieb sein könnten als Lithium-Ionen-Varianten. Zudem besteht ein geringeres Brandrisiko, und sie sollten in einem breiteren Temperaturbereich funktionieren, sogar bei Temperaturen von minus 40 Grad Celsius.
Allerdings gibt es Debatten darüber, welches Design die beste und sicherste Natrium-Ionen-Batterie darstellt. Mehrere US-Unternehmen, die in diesem Bereich tätig sind, sind in den letzten Jahren gescheitert. China führt derzeit weltweit in der Fertigung von Natrium-Ionen-Batterien, sodass US-Wettbewerber hart arbeiten müssen, um aufzuholen. Der Lohn dieser Bemühungen wäre die Möglichkeit, Batterien mit 100 Prozent in den USA beschafften Materialien herzustellen – im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien, bei denen China sowohl die Materiallieferkette als auch die Fertigung dominiert.
Für Tan hat China seinem Unternehmen geholfen, den Markt zu erreichen. Die Unigrid-Batterie verwendet derzeit in China hergestellte Natrium-Ionen-Zellen, nicht jedoch solche aus den USA. „Wir können hin- und herschalten und wählen, mit welcher Batterie wir arbeiten möchten“, sagt Tan und erklärt, dass sein Unternehmen künftig möglicherweise Zellen aus den USA beziehen werde – was jedoch zu anderen Kosten führen könnte.
Kritik an Chrom-3 in der Kathode
Ein weiterer Aspekt sorgt für Diskussionen: Die Batterie von Unigrid enthält Chrom-3 in ihrer Kathode. In einer Batterie fließen Elektronen beim Laden von der Kathode zur Anode und in entgegengesetzter Richtung beim Entladen. Prof. Dame Clare Grey von der University of Cambridge, Mitbegründerin des Batterieunternehmens Nyobolt, weist darauf hin, dass Chrom-3 unter bestimmten Bedingungen zu Chrom-6 werden kann, einem giftigen, krebserregenden Stoff. „Wenn Sie sich für Natrium entscheiden und Sicherheit verkaufen wollen, dann sollten Sie keine Elemente einbauen, die rote Flaggen auslösen“, sagt sie gegenüber der BBC.
Ivana Hasa von der University of Warwick, die keine Verbindung zu Unigrid hat, stimmt darin überein, dass es möglich ist, dass Chrom-3 bei sehr hohem Ladezustand zu Chrom-6 wird. Sie betont jedoch, dass dies durch die Spannungssteuerung innerhalb der Batterie gemildert werden könne. „Die Sicherheitstests, die über die Zellchemie berichtet wurden, sind sehr vielversprechend“, sagt sie über die Technologie von Unigrid.
Tan bezeichnet Bedenken hinsichtlich der Toxizität der Batteriematerialien als „übertrieben“ und betont, dass die Batterie von Unigrid Zertifizierungen und Sicherheitstests für den Verkauf in Europa bestanden hat und derzeit ähnliche Bewertungen für den US-Markt durchläuft. Drittprüfungen hätten es nicht geschafft, die Bildung von Chrom-6 in der Batterie auszulösen, sagt er. „Wir haben sehr stark versucht, dies zu produzieren, wir haben sie so stark wie möglich überladen. Wir waren erfolglos bei der Erzeugung von Chrom-6.“
Preise, Energiedichte und die Rolle der Rechenzentren
Die Wahl des Kathodenmaterials oder die Formulierung des Elektrolyten – der Kathode und Anode trennt – sind entscheidende Details, die Leistung und Lebensdauer von Natrium-Ionen-Batterien beeinflussen. Einige Hersteller verwenden kein Chrom für ihre Kathoden, sondern stattdessen Hartkohlenstoff oder Natriumeisenphosphat-Pyrophosphat (NFPP). Im Allgemeinen sei das Vertrauen in die Zuverlässigkeit von Natrium-Ionen-Batterien in den letzten Jahren gestiegen, sagt Prof. Dame Grey, was bedeute, dass sie nun auch in Anwendungen zur Speicherung von Netzenergie Einzug hielten.
Im vergangenen Dezember handelten LFP-Batterien – eine relativ kostengünstige Form der Lithium-Ionen-Batterie – zu 81 US-Dollar pro Kilowattstunde, während die Preisgestaltung für die Natrium-Ionen-Batterie von Unigrid bei etwa 100 US-Dollar pro kWh lag. Einige Unternehmen, die mit der BBC sprachen, schätzten, dass Natrium-Ionen-Batterien möglicherweise auf 30 US-Dollar pro kWh fallen könnten, Analysten sagen jedoch, dass deutlich niedrigere Kosten erst in vielen Jahren erreichbar sein könnten.
Natrium-Ionen-Batterien weisen zudem eine geringere Energiedichte auf als Lithium-Ionen-Batterien, was bedeutet, dass sie etwas größer und schwerer sein müssen, um die gleiche Energiemenge bereitzustellen. Selbst mit Fortschritten ist es unwahrscheinlich, dass Natrium-Ionen-Zellen in kleinen, energieintensiven Geräten wie Smartphones eingesetzt werden. Größere Energiespeichersysteme sind der Bereich, in dem die meisten Menschen erwarten, dass Natrium-Ionen dominieren werden.
„Wir glauben, dass Natrium-Ionen 80 Prozent des Marktes ausmachen werden“, sagt David Bell, Mitbegründer und CEO des in Seattle ansässigen Unternehmens Emerald Battery Labs. Bell lehnte es ab, Details über das Batteriedesign seines Unternehmens preiszugeben, sagte jedoch, dass Emerald ebenfalls auf in China beschaffte Natrium-Ionen-Zellen zurückgreife, während es sein erstes Produkt entwickelt: 12-Volt-Hilfsbatterien für Fahrzeuge, die derzeit an nicht genannte kommerzielle Flotten in den USA geliefert werden. Das nächste Ziel sei die Entwicklung neuer Anoden für in den USA produzierte Natrium-Ionen-Zellen.
Ein weiteres Unternehmen, Peak Energy mit Sitz in Kalifornien und Colorado, kündigte im Juni eine Partnerschaft mit General Motors (GM) an. Beide Parteien beabsichtigen, eine US-Lieferkette für Natrium-Ionen-Batterien aufzubauen, um großflächige Energiespeicher für Stromnetze zu ermöglichen. Peak Energy greift derzeit ebenfalls auf in China beschaffte Zellen für seine ersten Installationen zurück, hofft jedoch, GM dabei zu helfen, eine Produktionsstätte in Michigan „bis Ende 2028“ zu starten, sagt Cameron Wiles, Präsident und Mitbegründer. „China hat keinen unüberwindbaren Vorsprung bei Natrium-Ionen-Batterien“, sagt er.
Ein Grund, warum US-Unternehmen glauben, mithalten zu können, ist der Boom der Stromnachfrage durch Rechenzentren, die zu steigenden Treibhausgasemissionen in den USA beitragen. Die durch Rechenzentren getriebene Nachfrage steigt auch an anderen Orten weltweit, einschließlich des Vereinigten Königreichs. Dies sei eine „Chance“, sagt Drew Buckley, CEO von ESS Tech mit Hauptsitz in Oregon. Er weist darauf hin, dass Natrium-Ionen-Batterien dazu beitragen könnten, erneuerbare Energie an Rechenzentren zu verteilen. Diese Batterien sollten günstiger im Betrieb sein als Lithium-Ionen-Alternativen, da erwartet wird, dass sie weniger Kühlung benötigen. ESS Tech arbeitet mit Alsym zusammen, einem weiteren US-Unternehmen, das plant, bis 2027 „Hunderte“ Megawattstunden an Natrium-Ionen-Batterien – hergestellt in den USA – zu liefern.
Hasa sagt, es werde für Unternehmen „herausfordernd“ sein, die Massenproduktion von Natrium-Ionen-Batterien einzuführen. Sie weist außerdem darauf hin, dass diese Art von Batterie zwar oft als viel sicherer als Lithium-Ionen beworben wird, aber nicht ohne jedes Brandrisiko kommt. Aber wenn irgendwelche Firmen in diesem Bereich erfolgreich sein können, könnten sie neue strategische Optionen eröffnen, fügt sie hinzu – indem sie Verschwendung von erneuerbarer Elektrizität vermeidet und möglicherweise die Energiekosten niedrig hält. „Ich bin eine starke Befürworterin dieser Technologie“, sagt Hasa.