Kaufst du dir im Jahr 2026 ein Smartphone, ein Elektroauto oder einen neuen elektrischen Rasierer, kommen darin höchstwahrscheinlich Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz. Die Energiespeicher weisen eine hohe Energiedichte auf und sind daher kompakt und leistungsstark. Der Abbau von Lithium geht allerdings mit vielfältigen Umweltfolgen einher und Länder, in denen es ausreichende Lithiumvorkommen gibt, sind vergleichsweise selten. Schon seit den 1970er Jahren forschen Wissenschaftler:innen daher an einer interessanten Alternative: Natrium-Ionen-Batterien.
Eine Studie des Fraunhofer-Instituts und der Universität Münster hat verschiedene Materialien im Aufbau von Natrium-Ionen-Batterien untersucht. Zusammen mit neuen Entwicklungen am Batteriemarkt kommen die Forschenden daher zu dem Schluss: „Natrium-Ionen-Batterien stehen kurz vor der Marktreife.“
Natrium ist als Bestandteil von Kochsalz deutlich leichter zu gewinnen und in großen Mengen verfügbar. Sind die neuartigen Batterien also die Lösung für eine grüne Mobilität?
Was hat sich bei Salzbatterien geändert?
Die Studie beschreibt zwei Veränderungen in der Herstellung von Natrium-Ionen-Batterien. Erst vor einigen Jahren hatten wir über Salzbatterien berichtet. Wie wir damals feststellten, war die Energiedichte – also die Menge an Energie, die eine Batterie speichern konnte – im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien noch zwischen 5 und 15 Prozent pro Gewichtseinheit niedriger. Die Autor:innen der neuen Studie kommen jedoch zu dem Schluss: „Je nach Zellchemie unterscheiden sich die Energiedichte und die Klimabilanz zum Teil erheblich.“ Salzbatterien sind also nicht zwangsweise leistungsschwächer als Lithium-Ionen-Batterien. Mit den richtigen Materialien können sie eine ähnliche Energiedichte erreichen.
Herausfinden konnte das Team um Philipp Voß, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter des Fraunhofer-Instituts, das über eine neue und besonders umfassende Modellierung auf Basis echter, industrieller Produktionsdaten. Die Auswertung erfolgte im Maßstab sogenannter Gigafabriken, also Fabriken mit einer Produktionskapazität im zweistelligen Gigawattstunden-Bereich. Sie erfolgte zudem mit Fokus auf die Energiedichte und den CO2-Fußabdruck.
Wie Berichte über Großaufträge beim chinesischen Batterienhersteller CATL zeigen, gibt es bereits einen Bedarf für die Massenproduktion von Salzbatterien. Die Forschenden des Fraunhofer-Instituts sehen den Grund dafür unter anderem in der leichten Anpassbarkeit bestehender Fertigungslinien. Da Lithium-Ionen-Akkus und Natrium-Ionen-Akkus ähnlich aufgebaut sind, können Unternehmen ihre vorhandenen Fertigungslinien einfach anpassen. Das senkt die Barrieren für einen Markteintritt und beschleunigt die Produktion.
Marktreife soll Materialforschung weiter ankurbeln
Dieser zunehmende Bedarf an Natrium-Ionen-Akkus und die vermehrte Produktion könnten die Nachteile der Technologie laut Fraunhofer-Studie noch schneller ausgleichen. Durch „eine gezielte Materialoptimierung“, so das Fraunhofer-Institut in der Pressemitteilung, ließe sich der Rückstand in der Energiedichte weiter reduzieren. Besonders vielversprechend seien dabei Batteriezellen mit Schichtoxid-Kathoden, da sie die höchste Energiedichte der untersuchten Zellen aufweisen.
Der Einsatz von Hartkohlenstoff mache die Batteriezellen verglichen mit dem in Lithium-Ionen-Akkus verwendeten synthetischen Graphit zudem besonders umweltfreundlich. Zwar weise Hartkohlenstoff als Anodenmaterial aktuell noch eine „deutlich geringere spezifische Energie als Graphit“ auf, laut Studie könnten gezielte Verbesserungen des Materials die Energiedichte künftig weiter verbessern.
Fassen wir diese recht technischen Ergebnisse einmal zusammen: Natrium-Ionen-Akkus werden durch größere Aufträge und moderne Materialien als nachhaltigere Alternative zu Lithium-Ionen-Akkus noch einmal vielversprechender als vor einigen Jahren. Durch Großaufträge und die gute Anpassbarkeit von Lieferketten könnte sich die Entwicklung in den nächsten Jahren weiter beschleunigen. Bleibt also nur die Frage: Wie groß ist das Potenzial für eine grünere Elektromobilität tatsächlich?
Einschätzung von Michael Reckordt von PowerShift e.V.
Um das herauszufinden, haben wir Michael Reckordt vom Verein PowerShift um eine Einschätzung gebeten. Der Berliner Verein berät Unternehmen für eine ökologisch- und solidarische Energiewirtschaft und untersucht unter anderem energie- und rohstoffpolitische Themen. Michael unterstützt das Team von PowerShift in den Arbeitsschwerpunkten „Rohstoffwende, Kreislaufwirtschaft und EU-Gesetzgebung“.
„Wenn sich Natrium-Ionen-Batterien wirklich schnell am Markt durchsetzen würden“, so Michael gegenüber RESET, hätte das für einige Rohstoffe durchaus Konsequenzen.“ Mit zunehmender Marktreife würde die Nachfrage an Lithium, Kobalt, Mangan und Nickel weltweit sinken. Und all diese Materialien stünden „mit großen Herausforderungen beim Abbau in Verbindung, über hohe Wasserverbräuche und gravierende Wasserverschmutzung in Indonesien und Südamerika, Flächennutzungskonflikten in Südafrika bis hin zu Kinderarbeit im Falle der Kobaltgewinnung in der Demokratischen Republik Kongo.“
Der Verbrauch von Natrium würde unweigerlich steigen, allerdings sei dieser weitestgehend unproblematisch. Anders ist das jedoch bei der Nutzung von Aluminium, „das ökologisch und sozial konfliktbehaftet“ sei und immer noch benötigt wird.
Mobilitätswende – Smart in Richtung Klimaneutralität
Autonome Fahrzeuge, E-Mobility, intelligente Verkehrsplanung, multimodal durch die Stadt – wie sieht die Mobilität von morgen aus? Wir stellen nachhaltig-digitale Lösungen für eine klimaneutrale Fortbewegung und Logistik vor und diskutieren neue Herausforderungen der „digitalen“ Mobilität: Mobilitätswende – Smart in Richtung Klimaneutralität
„Eine nachhaltige Mobilität“, so Reckordt weiterhin, „braucht mehr als eine Antriebswende“. Dem Rohstoffexperten zufolge mache „die Batterie in einem Fahrzeug nur etwa 20 bis 25 Prozent des Gewichts aus“. Rohstoffe wie Kobalt, Nickel oder Mangan müssten Karosseriehersteller etwa für die Veredelung von Stahl weiter verwenden. Natrium-Ionen-Batterien wären also lediglich eine „Verbesserung des Status-Quo“, nicht aber die Lösung für eine grüne Mobilitätswende.
Wie genau eine erfolgreiche Mobilitätswende aussehen kann, haben wir ausführlicher in einem Greenbook erkundet. Unter anderem wurde dabei deutlich, dass wir uns von einem individuellen Personenverkehr wegbewegen und multimodaler denken müssen. Denn 50 Menschen statt in 50 einzelne Autos per Bus oder mit der Bahn zu transportieren, spart letztendlich deutlich mehr Rohstoffe als Veränderungen in der Batterietechnologie.
