E-Mobilität
27.12.2013

Die Chemie stimmt

BASF; Titelbild: Lanxess
Stoff für Mobilität: Nur wenige Mikrometer misst das Kathodenmaterial für Batterien von BASF

Ob Leichtbau-Teile oder Antriebs-Akkus: Ohne Chemie geht im Auto der Zukunft nichts. Die Unternehmen wittern neue Geschäftsmodelle und Milliardenumsätze.

Es piept und blinkt in der Werkshalle von BMW in Leipzig. Ein transparentes Tor öffnet sich und heraus rollt der erste elektrische Serienwagen von BMW, der i3. Es ist ein großer Moment für das Unternehmen. Mehr als sieben Jahre hat der Hersteller an seinem E-Auto getüftelt, Konzepte entwickelt und wieder verworfen. Im neuen i3 steckt aber nicht nur eine Menge Ingenieurskunst, das Hightech-Mobil ist eine Art rollender Chemiebaukasten. Von der Fahrgastzelle aus Carbon-Teilen, über die Außenhaut aus thermoplastischem Kunststoff bis hin zum Hochvoltspeicher – ohne Produkte aus der Chemiebranche würde sich der E-Wagen keinen Meter bewegen. 

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Dies gilt nicht nur für den i3 von BMW. Ob Batterie-, Hybrid-, Wasserstoffantrieb oder auch emissionsarmer Verbrenner: Die Chemieindustrie spielt eine immer größere Rolle im Automobilbau. In
den Chefetagen von Industrietankern wie BASF, Lanxess oder Bayer reiben sich die Manager bereits die Hände. „Chemiewerkstoffe sind der Schlüssel, um Autos leichter, sparsamer und effizienter zu machen“, frohlockt etwa Werner Breuers, Vorstand des Spezialchemie-Konzerns Lanxess. Knapp 40 Prozent des Umsatzes macht das Unternehmen mit Produkten für grüne Mobilität, wie Spezialkautschuk für Reifen und Kunststoffen. 

Im mauen Autogeschäft wachsen die Umsätze

Die Branche setzt auf wachsende Umsätze im zuletzt mauen Autogeschäft. BASF etwa geht davon aus, dass der globale Chemiemarkt für Automobilprodukte bis zum Jahr 2020 auf 110 Milliarden Euro anwachsen wird. Von diesem Kuchen wollen sich die deutschen Chemieriesen ein gehöriges Stück sichern. Im Fokus steht dabei ein Schlüsselelement der Elektromobilität: die Batterie. Noch kommen 90 Prozent der Lithium-Ionen-Zellen für Handys und Laptops aus Japan, China oder Korea. Doch bei den leistungsstarken Akkus für E-Autos sieht die Branche die Chance, Boden auf die Konkurrenz aus Fernost gut zu machen. „Die Großzellen basieren auf einer erheblich anspruchsvolleren Chemie“, heißt es in einer aktuellen Analyse des Branchenverbands VCI. Der schwärmt von den neuen Geschäftsmodellen, die Batterien und Brennstoffzellen ermöglichen, und betont: „Der Wettbewerb ist offen.“ Tatsächlich haben die vergangenen Jahre gezeigt, dass es etwa großen Unternehmen wie BYD aus China bisher nicht gelungen ist, Antriebs-Akkus auf den Markt zu bringen. 

Das Rennen bei den Batterien ist also offen. Eine Chance, die sich etwa Chemieriese BASF nicht entgehen lassen will. Immerhin, gut 40 Prozent der Wertschöpfung eines E-Autos stecken im Energiespeicher. Im vergangenen Jahr schufen die Ludwigshafener die neue Geschäftseinheit Battery Materials. Diese produziert Materialien für Batteriekathoden und Elektrolytflüssigkeit. Die richtige Mischung der Komponenten entscheidet darüber, wieviel Energie eine Batterie speichern kann, wie lange sie hält und welche Temperaturen sie aushalten kann. „Batteriematerialien leisten einen entscheidenden Beitrag für eine erfolgreiche Zukunft der Elektromobilität“, sagt Christoph Jäkel, bei BASF für das Batteriegeschäft in Nordamerika und Europa zuständig. 

Es winken gute Umsätze: Bis 2020 soll der Markt für Batteriematerialien ein Volumen von fünf Milliarden Euro erreichen, schätzt BASF. Das Unternehmen hofft dann, mit seiner Geschäftseinheit 500 Millionen Euro umzusetzen. Dafür investiert der Konzern massiv. Im vergangenen Jahr nahm BASF seine erste Produktionsanlage für Kathodenmaterialien im US-Bundesstaat Ohio in Betrieb. Knapp 50 Millionen Euro flossen in den Standort. Konkurrent Clariant startete im vergangenen Jahr ebenfalls eine Produktion für Kathodenmaterial. In der Anlage in Kanada werden pro Jahr 2.500 Tonnen Lithium-Ionen-Phosphat produziert, genug Material für 50.000 E-Autos. Wacker Chemie aus Burghausen forscht ebenfalls an neuen Aktivmaterialien für Elektroden und für Elektrolytflüssigkeiten. Dafür will das Unternehmen seine Kompetenz im Umgang mit Silizium nutzen, das Wacker bisher vor allem an die Photovoltaikindustrie liefert. „Siliziumhaltige Komposite als Aktivmaterial für Elektroden verfügen über eine hohe Speicherfähigkeit“, sagt Jürgen Pfeiffer aus der Forschungsabteilung von Wacker Chemie. Allerdings sei dies erst ein Thema für künftige Batteriegenerationen aus Lithium-Schwefel- oder Lithium-Luft-Zellen.

Reichweite erhöhen, Kosten senken

Auch BASF arbeitet bereits an der kommenden Batteriegeneration. „Ziel ist es, die Reichweite zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten zu senken“, sagt Manager Jäkel. Das Unternehmen rechnet mit Reichweiten von 300 Kilometer und mehr. Gemeinsam mit Unternehmen wie Evonik, Bosch, Volkswagen und Wacker arbeitet BASF zudem in der vom Forschungsministerium geförderten Innovationsallianz „Lithium Ionen Batterie LIB 2015“ an der Batterie der Zukunft. Bis 2015 investieren die Unternehmen 360 Millionen  Euro in Forschung und Entwicklung neuer Batterien, weitere 60 Millionen kommen vom Staat. 

Der Essener Chemiekonzern Evonik hat die Chancen der grünen Mobilität ebenfalls früh erkannt. Seit 2008 hat das Unternehmen eine Batterieproduktion im sächsischen Kamenz aufgebaut, in Kooperation mit dem Autobauer Daimler. In dem Joint Venture Li-Tec entstehen Batterien für den elektrischen Smart. Evonik liefert die Zellen. Pro Batterie sind etwa 120 davon notwendig. Herzstück ist der von Evonik entwickelte Separator, eine Art weiße Plastiktüte, die Anode und Kathode voneinander trennt und so Kurzschlüsse verhindern soll. Anders als die Konkurrenz setzt Evonik auf eine Hightech-Keramikbeschichtung, die auch Temperaturen von bis zu 700 Grad aushalten soll. 

Die Elektromobilität bedeutet auch neue Chancen für Rohstoffzulieferer. Mit Chemetall sitzt der weltgrößte Produzent von Lithium-Produkten in Frankfurt. Der Stoff wird in den Wüsten Chiles und Nevadas aus Salzlaugen gewonnen und in Langelsheim im Harz zu Lithium-Carbonat und Lithium-Chlorid weiterverarbeitet, beides Ausgangsstoffe für Lithium-Ionen-Akkus. Auch an der nächsten Stufe, dem Recycling der Antriebsbatterien, arbeitet Chemetall. Im Werk in Langelsheim nahm in diesem Jahr eine vom Bundesumweltministerium kofinanzierte Anlage den Betrieb auf.

Chemie profitiert vom Leichtbautrend

Der Chemiebranche kommt zudem ein weiterer Trend in der Autobranche entgegen, der Leichtbau. Neue kunststoffbasierte Werkstoffe sind um bis zu 50 Prozent leichter als Stahl. 100 Kilogramm weniger Gewicht bedeuten einen halben Liter weniger Spritverbrauch, rechnet der Verkehrsclub Deutschland vor. Die Elektromobilität verstärkt den Trend zum Leichtbau noch. Die Hersteller müssen bei den Strommobilen das Gewicht der Batterien kompensieren. Ein Beispiel ist wiederum der BMW i3, den der Autobauer zu großen Teilen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) fertigen lässt. Dieses Hightech-Material wiegt knapp 80 Prozent weniger als Stahl. 1.200 Kilo bringt der i3 noch auf die Waage, inklusive Batterie. „Wir haben von vornherein auf Leichtbau gesetzt“, sagt BMW-Vorstand Harald Krüger über die kostspielige Carbon-Diät. BMW ist dafür eigens ein Joint Venture mit dem Werkstoffspezialisten SGL Carbon eingegangen. Aufwendig wird das Material in mehreren Etappen in Japan, USA und Deutschland produziert.

Der Kunststoffanteil in Neuwagen liegt heute bereits bei bis zu 20 Prozent. Lieferten früher die Stahlbauer Bleche für die Autoindustrie, treten nun immer mehr Chemiefirmen mit ihren Spezialwerkstoffen an ihre Stelle. Ein Beispiel ist Lanxess. Für den Leichtbau produziert das Unternehmen unter anderem endlosfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe. Diese werden nicht gepresst, sondern in Form gegossen und lassen sich gezielt mit unterschiedlichen Materialmixen auf bestimmte Anwendungen einstellen. Erst im vergangenen Jahr übernahm Lanxess den Spezialisten für faserverstärkte Kunststoffe Bond-Laminates. Vorstand Axel Heitmann sieht große Perspektiven in der Technologie und will das Geschäftsfeld weiter ausbauen. Bis 2014 fließen insgesamt 125 Millionen Euro in die Produktion von Hightech-Kunststoffen. Kürzlich eröffnete das Unternehmen ein neues Werk im US-Bundesstaat North Carolina – in strategischer Nähe zu den Werken zahlreicher Autohersteller. Trotz aktueller Nachfrageschwäche der Autobranche: Die Analysten der Nord LB halten die auf den „Megatrend Mobiltät“ ausgerichtete Strategie des Konzerns für vielversprechend.

Hightech-Polymeren wachsen

Die Nachfrage nach Hightech-Polymeren wird bis 2020 um sieben Prozent pro Jahr wachsen. Wenig verwunderlich, dass auch Evonik seine Aktivitäten auf diesem Gebiet verstärkt. Anfang September gründeten die Essener ein Joint Venture mit Secar Technologie aus Österreich. Beide Unternehmen wollen gemeinsam Faserverbundbauteile für die Automobil- und Luftfahrtindustrie fertigen. Die Bayer-Tochter Material Science setzt bei Autowerkstoffen auf Polyurethan. Laut Bayer ist das Material sogar leichter als Wasser. Anwendung findet es bereits in Stoßstangen oder Kotflügeln einiger Hersteller. Das Unternehmen arbeitet daran, auch größere Fahrzeugteile aus Polyurethan herzustellen, die leicht, aber trotzdem robust sein sollen. Ein weiterer Nebeneffekt des Kunststoffbooms im Autobau: Immer mehr Autoteile werden verklebt und nicht mehr geschweißt. Dafür sind neue chemische Klebstoffe nötig. 

Der erste Serien-i3 aus Leipzig gab seine Premiere übrigens als Führungsfahrzeug beim Berlin-Marathon Ende September. Die knapp 42 Kilometer spulte der Wagen dabei stilecht auf rollwiderstandsreduzierten Reifen ab. Die dafür notwendige Kautschuk-Mischung entstammt ebenfalls den Laboren der Chemieindustrie.

Karsten Wiedemann
Keywords:
E-Mobilität | Batterie | Batteriespeicher
Ressorts:
Technology

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