Die Aufholjagd beginnt

Deutschlands Autobauer haben lange auf Diesel gesetzt, sagt Martin Winter. Nun forciert Deutschland die Arbeit am Elektroauto. Anlass ist der Erfolg von Toyotas Hybridwagen Prius. Doch für die deutsche Aufholjagd fehlen noch die Fachleute. Zwei Kompetenzverbünde sollen das ändern.

Steffen Klatt: Vor einigen Tagen haben mehrere norddeutsche Universitäten mit dem Forschungszentrum Jülich einen „Kompetenzverbund Nord – Batterien für die Autos der Zukunft“ gegründet. Was beabsichtigt dieser Verbund?

Martin Winter: Deutsche Wissenschaftler gehörten zu den Mitbegründern der Elektrochemie, der Grundlage der Brennstoffzellen, der Batterien und der Kondensatortechnik. In den letzten Jahrzehnten wurde die Elektrochemie in Deutschland aber massiv abgebaut.

Steffen Klatt: Woran lag das?

Martin Winter: Andere Themen waren trendiger. Die Elektrochemie wurde als eine Wissenschaft angesehen, die wenig Neues beitragen kann. Sie hat aber immer davon gelebt, dass die Elektrochemie als Grundlagenforschung Anwendungen vorantrieb. Umgekehrt trieben die Anwendungen die elektrochemische Grundlagenforschung wieder weiter.

Steffen Klatt: Von dieser Entwicklung hat sich Deutschland also selbst abgehängt?

Martin Winter: Es gab kaum Professoren für diese Wissenschaft. Die Kompetenzverbünde – es gibt auch einen im Süden um Karlsruhe und Ulm – soll nun zusammenfassen, was noch vorhanden ist. Die Kompetenz soll gebündelt und erweitert werden. Es geht darum, Ausbildungsprogramme zu starten und in Zukunft Professuren zu errichten, um die Basis wieder breiter zu machen.

Steffen Klatt: Es geht also noch gar nicht darum, neue Batterien zu bauen?

Martin Winter: Elektrochemie entwickelt sich wie gesagt durch die Anwendungen weiter, das ist hier die Elektromobilität. Und dort fehlt es an Elektrochemikern. Die Gründung des Kompetenzverbundes ist der Initialzünder. Nun müssen weitere Projekte und Förderungen kommen. In drei bis vier Jahren sollte dann eine neue Generation von Elektrochemikern da sein. Der Grossteil geht dann wohl in die Industrie, einige machen hoffentlich ihre Habilitation und streben eine Professur an.

Steffen Klatt: Wie arbeiten Sie mit der Automobilindustrie zusammen?

Martin Winter: Wir in Münster haben eine starke Kooperation mit der Autoindustrie im Norden.

Steffen Klatt: … also mit Volkswagen?

Martin Winter: Ja, mit Volkswagen. Wir haben aber auch andere Partner. Andere Kollegen haben andere Kontakte. Als Elektrochemiker und Materialwissenschaftler schauen wir uns vor allem den Teil der Wertschöpfungskette an, der von den Materialien zu Zelle reicht. Wir denken aber immer an die Anwendung in Fahrzeugen.

Steffen Klatt: Derzeit scheint es viel Begeisterung für das Elektroauto zu geben…

Martin Winter: … man muss das durchaus nüchtern betrachten.

Steffen Klatt: Wieviel Wirklichkeit steht dahinter?

Martin Winter: Lange spielte Elektromobilität keine Rolle. Es wurde nichts gefördert und wenig gemacht. Es gibt sehr wenige im deutschsprachigen Raum, die lückenlos in den vergangenen etwa 20 Jahren an diesen Themen gearbeitet haben. Wir waren weniger als eine Handvoll Leute.

Deutschland hat immer auf Diesel gesetzt. Wenn man allein die Sparsamkeit der Motoren und den Ausstoss von Kohlendioxid anschaut, dann spielen Dieselmotoren auch in der gleichen Liga wie Hybridmotoren. Gerade wenn der Strom aus Kohlekraftwerken kommt, wird auch mit Rein-Elektrofahrzeugen nicht viel CO2 eingespart. Erneuerbare Energien würden das Bild aber massiv umkehren. Dann ist der Elektroantrieb wirklich attraktiv!
Nun hat Toyota gezeigt, dass es mit Hybridmotoren geht, der Prius ist ein Erfolg. Und auch die ersten Elektrofahrzeuge kommen auf die Märkte. Die grossen Märkte sind dabei in Asien, denn hier gibt es zum einen eine große Batterieindustrie, zum anderen sehr viele Ballungsgebiete, wo der emissionsfreie Batterieantrieb die Lebensqualität verbessern kann. Deutschland will sich hier positionieren und es wurden zahlreiche wichtige Projekte gestartet. Man muss den Erfolg aber letztlich an den Resultaten messen.

Steffen Klatt: Hat die deutsche Automobilindustrie geschlafen?

Martin Winter: Niemand hatte vorhersehen können, dass Toyota mit den Hybriden solche Erfolge erzielt und heute hecheln wir leider hinterher. Aber morgen haben wir aufgeholt und übermorgen vielleicht sogar einen kleinen Vorsprung. Die Weichen dafür müssen allerdings heute gestellt werden.

Steffen Klatt: Batterien heute speichern nur wenig Energie und sind schwer. Ist das gleichsam ein Naturgesetz oder kann man das ändern?

Martin Winter: Das kann man nicht ändern. Es gibt hohe Energiedichte entweder pro Masse oder pro Volumen. Aber beides ist wichtig: Wenn es zu schwer ist, bekommen Sie das Auto nicht von der Stelle; wenn es zu voluminös ist, bekommen Sie keinen Fahrer mehr hinein. Gerade die flüssigen Kohlenwasserstoffe, die in Benzin und Diesel sind, sind in Bezug auf die praktisch realisierbaren Energiedichten unschlagbar. Hinzu kommen hohe Speicherdichten: Benzin und Diesel können Sie in Plastikwannen aufbewahren.

Das Dumme ist nur, dass die flüssigen Kohlenwasserstoffe in Benzin und Diesel mehrere hundert Millionen Jahre gebraucht haben, um zu entstehen. Wir haben nur 150 Jahre gebraucht, um sie zu verpulvern. Deshalb suchen wir Alternativen. Die sollen möglichst eine eierlegende Wollmilchsau sein: wenn möglich die gleichen Energiedichten, schnell tankbar und keine Emissionen. In den 90er Jahren hat man bereits danach gesucht. Aber es stellte sich heraus – teilweise war das von vorneherein absehbar -, dass Batterien eine geringe Reichweite haben. Man muss mehrere hundert Kilogramm Batterie ins Auto packen und kommt nicht mal 200 Kilometer weit.

Steffen Klatt: Es war also gewollt, dass Batterien als Misserfolg angesehen werden?

Martin Winter: Die Automobilindustrie stellt Verbrennungsmotoren her. Das Benzin ist billig. Dann kommen irgendwelche Leute mit Elektrofahrzeugen. Die waren natürlich bei der Industrie nicht so beliebt. Und ehrlich gesagt war die Zeit einfach noch nicht reif für das Elektroauto. Die Technologie war nicht wirklich wettbewerbsfähig. Insofern hat die Automobilindustrie damals recht gehabt. Heute sieht das ganz anders aus.

Man hat jetzt festgestellt, dass Kunden das wollen, und dass gleichzeitig das Öl immer teurer wird und damit Batterien eines Tages preislich konkurrenzfähig werden könnten. Städte wiederum haben ein Interesse daran, dass mit Elektroautos die Luftqualität erhöht wird.

Steffen Klatt: Wann gibt es Batterien, die Autos antreiben, wie wir sie heute gewohnt sind?

Martin Winter: Diese Wann-Fragen sind schwer zu beantworten. Wir brauchen eine Technologie, in der sehr grosse Energieinhalte über die Elektroden eingesetzt werden, und die dennoch sicher ist. Denn oft werden hohe Energieinhalte gewünscht, ohne dass die grosse Reaktivität mit bedacht wird. Die heutigen Batterien sind computertauglich, aber sie müssen erst fahrzeugtauglich gemacht werden. Wenn statt 30 Wattstunden im Computer 50 Kilowattstunden im Auto zusammenkommen, dann muss das erst sicher gemacht werden.
Viele Leute haben hohe Erwartungen, gerade auch an die akademische Forschung. Aber die meisten von uns haben gerade erst angefangen. Die Früchte unserer akademischen Arbeiten wird man erst in drei, vier Jahren sehen.

Steffen Klatt: Hat es überhaupt genug Material für eine massenhafte Elektromobilität?

Martin Winter: Die Frage nach dem Material hat mehrere Facetten. Zum Beispiel: Welche Rohstoffe sind vorhanden und verfügbar? Lithium ist mehr verfügbar. Bei Kobalt und Nickel dagegen träte man in Konkurrenz zu anderen Anwendungen. Das Material wird also nicht billiger, wenn massenhaft Elektroautos gebaut werden. Wir müssen deshalb die Wiederverwertung forcieren. In meinem alten Chemiebuch aus den 80er Jahren stand bereits, dass es kein Blei mehr für Bleiakkus gäbe, wenn es nicht wiederverwendet worden wäre. Die Wiederverwertung von Lithium ist derzeit zumindest angedacht.

Es gibt Versuche, Materialien zu verwenden, die häufiger verfügbar sind. Ein Beispiel ist das Eisenphosphat. Eisen gehört zu den häufigsten Elementen in der Erdkruste. Aber dann könnte es sein, dass die Wiederverwertung von Batterien sich nicht mehr lohnt, weil Eisen zu wenig wert ist. Da beisst sich die Katze in den Schwanz.

Steffen Klatt: Bis zur massenhaften Elektromobilität ist es also noch ein weiter Weg?

Martin Winter: Es gibt bereits Feldversuche mit 20 oder mehr Fahrzeugen. Aber da ist jede Zelle sorgfältig und einzeln geprüft. Das kann sich nur mit den Jahren entwickeln. In den Hybridfahrzeugen wird der Verbrennungsmotor immer kleiner werden, die Batterie wird grösser. Irgendwann werden wir sehen, dass es auch in einem Standardfahrzeug ohne Verbrennungsmotor geht. Es wird keine Revolution, sondern eine Evolution geben.

Steffen Klatt: Zur Energiespeicherung: Es wird vorgeschlagen, dass die Autobatterien als Stromspeicher genutzt werden können. Wie sinnvoll ist das?

Martin Winter: Jede Belastung geht auf Kosten der Lebenszeit der Batterie. Wenn Sie die Batterie als Kraftwerk gebrauchen, dann haben Sie für die Nutzung im Auto eine kürzere Lebensdauer.

Steffen Klatt: Ist das physikalisch unverrückbar?

Martin Winter: Man kann daran arbeiten, das zu verbessern. Aber wir sind jetzt froh, dass wir Batteriesysteme haben, die bei richtiger Pflege – den richtigen Temperaturen, die richtige Spannung – eine Lebensdauer von zehn Jahren durchaus erreichen. Aber die Elektrochemie hat noch sehr viel Entwicklungspotential. Das können sie als sicher annehmen.

Zur Person:

Martin Winter ist seit Anfang 2008 Professor für Angewandte Materialwissenschaften zur Energiespeicherung und Energieumwandlung am Institut für Physikalische Chemie der Universität Münster. Die Professur wurde von Evonik Industries AG, Chemetall GmbH Division Lithium und Volkswagen AG gestiftet.  Die Stiftungsprofessur ist über einen Zeitraum von fünf Jahren mit insgesamt 2,25 Millionen Euro ausgestattet.  Er ist auch Sprecher der LIB2015 Innovationsallianz des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Vor seiner Zeit als Stiftungsprofessor arbeitete der geborene Deutsche 15 Jahre in Österreich, zuletzt als Professor und Leiter des Instituts für Chemische Technologie Anorganischer Stoffe an der Technischen Universität Graz.