Zu Recht wird die Batterieentwicklung gefördert, insbesondere, damit der Technologie-Rückstand Deutschlands und Europas gegenüber Südostasien verringert wird.
Allerdings besteht die Möglichkeit, die Elektroautos mit wesentlich weniger Batteriekapazität auszurüsten, wenn die Automobilindustrie mehr auf die sogenannte HyperHybrid-Technologie setzen würde: Ein kleiner Lademotor, der auch mit regenerativem Treibstoff aus der solaren Wasserstoff-Gewinnung betrieben werden kann (z. B. mit Methanol), ermöglicht eine Reduktion der Batteriekapazität um das 6- 7-Fache. Besonders wichtig, auf gewichtsträchtiges Getriebe kann völlig verzichtet werden, denn die Genialität des Elektro-Antriebs bewältigt dies durch geschickte Software. Weitere Vorteile: Das HyperHybrid-Auto wird viel leichter, das Heizen und Kühlen des Innenraums muss nicht mit kostbarem Batteriestrom betrieben werden, die Bremsenergie kann weitgehend regeneriert werden. Weil der Lademotor stets im optimalen Wirkungsgradbereich läuft, ist ein äußerst geringer Verbrauch möglich und im Bedarfsfall liefert er zusätzliche Antriebsenergie zur Batterieleistung.
Vor 10 Jahren habe ich ein solches Antriebsmodell Automobilfirmen (Ford Köln) vorgetragen, weil mir der ökologische Schaden durch große Batterien des reinen Elektroautos bewusst war. Der Vorteil, den wir in unseren Städten durch Abgasfreiheit gewinnen, schadet an anderer Stelle, dort, wo die Rohstoffe gewonnen werden, der Bevölkerung. Es handelt sich also nur um eine Verlagerung auf Kosten der Menschen vorwiegend in den Entwicklungsländern, die sich nicht wehren können.
Leider wurde dieser Vorschlag wegen zu hoher Kosten abgelehnt, das war noch vor dem Software-Betrug bei Diesel-Autos.
Jetzt hat eine österreichische Entwicklungs-Firma dieses Konzept als Prototyp umgesetzt und zeigt, dass es enorme wirtschaftliche Vorteile bringt. Zwei Prototypen wurden vorgestellt: ein Kleinauto mit einem niedrigen Preis von maximal 15.000 € und einem Mittelklasse-Auto, auf der Basis des Tesla, von einem möglichen Verkaufspreis von unter 25.000 €. Mit einem Tankvolumen von 30 Litern Benzin oder regenerativem Methanol, ist eine signifikante Erhöhung der Reichweite gegenüber dem reinen Elektroauto von über 1.200 Kilometer möglich. Treibstoff-Verbrauch unter 2 Liter auf 100 Kilometer, wenn – wie beim reinen Elektroauto zwischengeladen wird, ist der noch erheblich reduzierbar.
Trotzdem halte ich die Förderung, die im folgenden Beitragl vom KIT beschrieben, für extrem notwendig, obwohl die österreichische Firma Obrist, die auch den Prototypen entwickelt hat, eine kompakte Lithium-Ionen-Batterie geschaffen hat, die gegenüber äußeren Temperatur-Einflüssen unempfindlich und extrem brandgeschützt ist.
Ihr Jean Pütz
(KIT) – as von der Europäischen Union (EU) geförderte Projekt BIG-MAP soll die Geschwindigkeit, mit der neue Batterietypen entwickelt werden können, erheblich beschleunigen – und das mit einem besonderen Fokus auf Nachhaltigkeit. Über die Forschungsplattform CELEST beteiligen sich daran das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die Universität Ulm. Gleichzeitig verstärkt das Projekt die Forschungsaktivitäten im gemeinsamen Exzellenzcluster POLiS.
Um die von der EU und Deutschland angestrebte Klimaneutralität bis 2050 zu erreichen, müssen unter anderem die Treibhausgasemissionen aus dem Straßenverkehr drastisch sinken. Wesentlich dazu beitragen soll der konsequente Ausbau der Elektromobilität, der allerdings kostengünstigere und nachhaltigere Alternativen zu den bestehenden Batterien voraussetzt. „Genau das ist eine riesige Herausforderung, denn die Entwicklung neuer Batterien dauert mit derzeitigen Methoden recht lange. Im Projekt BIG-MAP wollen wir das entscheidend voranbringen”, sagt Professor Maximilian Fichtner, wissenschaftlicher Sprecher von CELEST und POLiS sowie stellvertretender Direktor am Helmholtz Institut Ulm (HIU), welches das KIT gemeinsam mit der Universität Ulm gegründet hat. Das EU-Projekt BIG-MAP (BIG steht für Battery Interface Genome; MAP für Materials Acceleration Platform) zielt darauf ab, gänzlich neue Methoden zu etablieren und dadurch die Batterieentwicklung – unter anderem durch eine konsequente Automatisierung und durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) – deutlich zu beschleunigen. Nachhaltige und ultrahochleistungsfähige Batterien sollen zukünftig durch die in BIG-MAP etablierten Methoden bis zu zehnmal schneller entwickelt werden als bisher. „Die Vision besteht aber nicht nur darin, neue Batterien viel schneller entwickeln zu können, sondern auch sicherzustellen, dass sie Energie effizient speichern können, dass sie nachhaltig und zu so niedrigen Kosten hergestellt werden können, damit es in Zukunft noch attraktiver sein wird, Strom zum Beispiel aus Sonne und Wind in Batterien zu speichern“, so Fichtner. „Eine Neuausrichtung der bestehenden Entdeckungs-, Entwicklungs- und Herstellungsprozesse für Batteriematerialien und -technologien ist notwendig, damit Europa es mit seinen Hauptkonkurrenten in den USA und Asien aufnehmen kann.“
Das Budget für BIG-MAP beläuft sich auf 16 Millionen Euro, beteiligt sind 34 Institutionen aus 15 Ländern. Das KIT ist mit den drei Professoren Maximilian Fichtner, Wolfgang Wenzel und Helge Stein nach der koordinierenden Technical University of Denmark (DTU) größter Fördersummenempfänger. Entsprechend wird auch das Exzellenzcluster Post-Lithium-Speicherung (POLiS), das vom KIT in Kooperation mit der Universität Ulm, dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW) sowie der Universität Gießen betrieben wird, bei der Entwicklung der neuen Methoden einen wichtigen Anteil haben. BIG-MAP wird zunächst über drei Jahre laufen, mit der Option auf eine Verlängerung um weitere sieben Jahre. Es ist das größte Einzelforschungsprojekt der europäischen Forschungsinitiative für Batterien, BATTERY 2030+.
„Bei BATTERY 2030+ und BIG-MAP müssen wir die Art und Weise, wie wir Batterien erfinden, neu erfinden. Im vergangenen Jahr ging der Nobelpreis für Chemie an die Erfinder der Lithium-Ionen-Batterie. Eine fantastische Erfindung, aber es dauerte 20 Jahre von der Idee bis zum Produkt – wir müssen in der Lage sein, es in einem Zehntel dieser Zeit zu schaffen, wenn wir nachhaltige Batterien für die Energiewende bereitstellen wollen“, sagt Tejs Vegge, Professor an der DTU und Leiter von BIG-MAP.
KI und Roboter beschleunigen die Batterieentwicklung
Im Rahmen von BIG-MAP soll eine gemeinsame europäische Dateninfrastruktur entstehen, die es ermöglicht, Daten aus allen Bereichen des Batterieentwicklungszyklus autonom zu erfassen, zu verarbeiten und in kooperativen Arbeitsabläufen zu nutzen. So wird ein physischer Zugang zu den unterschiedlich ausgestatteten Testeinrichtungen für die BIG-MAP-Forscherinnen und -Forscher dann kaum noch notwendig sein, und sie können über Landesgrenzen und Zeitzonen hinweg zusammenarbeiten. Von KI orchestrierte Experimente und Synthese werden große Mengen erfasster Daten mit Fokus auf Batteriematerialien, Schnittstellen und Zwischenphasen nutzen. Die Daten werden aus Computersimulationen, autonomer Hochdurchsatz-Materialsynthese und -charakterisierung, in Operando-Experimenten und Tests auf Geräteebene generiert. Neuartigen KI-basierten Werkzeugen und Modellen werden die Daten dazu dienen, das Zusammenspiel zwischen Batterie-Materialien und Grenzflächen zu „erlernen“ und so die Grundlage für die Verbesserung zukünftiger Batteriematerialien, Grenzflächen und Zellen zu schaffen.
„Wir werden in der Lage sein, den komplexen chemischen Raum mithilfe von autonom agierenden Robotern in nie dagewesener Geschwindigkeit und Qualität zu erkunden. Unser Verständnis wird hierbei durch eine zentrale Künstliche Intelligenz unterstützt“, erläutert Professor Helge Stein (HIU und POLiS), in dessen Forschungsgruppe die für die beschleunigte Materialentdeckung benötigte KI federführend entwickelt und über den europäischen Kontinent verteilt wird.