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Wie kommt die Batterie ins Elektroauto?
Marktstudie im Hinblick auf die Lithium- und Kobalt Beschaffung und Fertigung der Grundbestandteile der Lithium-Ionen-Batterie.
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Autoren: Ahmet Yilmaz, Mario Kehrer
Veröffentlicht am: 08.10.2020
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Wie werden die Rohstoffe der Lithium-Ionen-Batterie gewonnen und welche Ressourcenströme liegen hier vor? Welche Partnerschaften gibt es in der Industrie? Teil III der Story-Reihe „Wie kommt die Batterie ins Elektroauto?“ will diese Frage beantworten.
Der Volkswagen Weg heute
Die Volkswagen AG geht davon aus, dass sich der Lithiumabbau aus Festgestein langfristig durchsetzen wird. Somit kann angenommen werden, dass VW auch heute schon das Lithium für die Batterien aus Festgestein gewinnt. Das Unternehmen hat eine Abnahmevereinbarung mit dem chinesischen Lithiumproduzenten und ‑raffinerieunternehmen Jiangxi Ganfeng Lithium Co unterzeichnet. Mit den genannten Rahmenbedingungen kann angenommen werden, dass das Lithium für VW-Batterien im australischen Mount Marion gewonnen wird. Von hier aus wird es in den Hafen von Kwinana transportiert und anschließend zum Hafen von Zhenjiang verschifft. Das Lithium wird in der von Ganfeng betriebenen Raffinerie in Xinyu raffiniert und nach Wuxi transportiert, wo das Joint Venture zwischen Zhenjiang Huayou und LG Chem die Kathoden für die Lithium-Ionen-Batteriezellen herstellt.
Das Kobalt für die Batterien von VW wird durch Huayou in der DRC in der Mine in Luiswishi gewonnen. Dieses wird mittels diverser Transportmittel wie Zügen oder LKWs an den Hafen von Daressalam in Tansania gefahren und von dort aus ebenfalls zum Hafen von Zhenjiang verfrachtet. Die Raffinerie des Kobalts erfolgt in der Quzhou Betriebsstätte von Huayou. Anschließend wird auch das raffinierte Kobalt in die Kathodenfertigungsstätte in Wuxi transportiert.
Die in Wuxi gefertigten Kathoden werden nach Polen in die LG Chem Fertigungsstätte in Breslau geliefert. Hierzu werden die Kathoden vom Hafen in Zhenjiang bzw. Shanghai in die Häfen von Swinemünde oder Stettin verschifft. Die Kathoden werden in Breslau zu Batteriezellen verarbeitet. Nachfolgend werden diese zu Batteriemodulen und Batteriepacks montiert und in die VW-Fertigungsstätte in Zwickau geliefert, wo sie beispielsweise in den ID3 eingebaut werden können. Diese Wertschöpfungskette wird in Abbildung 5 aufgezeigt.
Um eine Vergleichbarkeit zu ermöglichen, wurden die einzelnen Logistikwege zwischen den Wertschöpfungsstationen ermittelt und aufsummiert. Zur Ermittlung der Strecken wurde zum einen die Maps-Funktion von Google herangezogen und zum anderen die Seerouten und Distanzen-Funktion von Ports.com. So ergab die Berechnung, dass die beschriebene Wertschöpfungskette etwa 6003 km auf der Straße und 25030 Seemeilen auf dem Schiff, welche ungefähr 46356 km entsprechen, umfasst. Das bedeutet, dass die gesamte Wertschöpfungskette mit Straßen- und Schiffsverkehr etwa 52359 km lang ist.
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Abbildung 5: Lithium-Ionen-Batteriewertschöpfungskette der Volkswagen AG heute
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Szenario: Künftige Wertschöpfungskette von Volkswagen
Das Szenario einer künftigen Wertschöpfungskette für Lithium-Ionen-Batterien der Volkswagen AG beginnt bezüglich der Ressourcengewinnung ähnlich wie bereits das Derzeitige. So wird das Kobalt zwar ebenfalls in der DRC gewonnen, allerdings ist nicht Huayou der Kobaltförderer, sondern das Schweizer Unternehmen Glencore in dem Bergwerk Kamoto. Die Zusammenarbeit mit Glencore erfolgt aufgrund der Tatsache, dass Glencore der Kobaltlieferant des belgischen Raffinerieunternehmens Umicore ist. Umicore arbeitet bereits heute bezüglich des Recyclings von Batterien mit Audi zusammen, einem Tochterunternehmen von VW. So ist es möglich, dass VW die Beziehungen zu Umicore ausbaut und somit auch das Kobalt für die Batterien von Umicore bezieht. Für die Wertschöpfungskette würde dies bedeuten, dass das in der Kamoto-Mine gewonnene Kobalt zum Hafen von Lobito in Angola transportiert wird und von dort aus nach Antwerpen verschifft wird. Die Kobaltraffinerie von Umicore befindet sich in Hoboken, einem Stadtteil von Antwerpen.
Auch das Lithium kommt weiterhin aus Australien. Jedoch ist in diesem Szenario der Lithiumlieferant nicht Ganfeng, sondern das ebenfalls chinesische Unternehmen Tianqi. Diese haben eine Liefervereinbarung mit Northvolt, dem Joint Venture Partner von Volkswagen beim Aufbau der Zellfertigungsstätte in Salzgitter. Tianqi bezieht das Lithium aus der von Talison Lithium betriebenen Greenbushes Mine, wobei Tianqi mit 51% größter Anteilseigner ist. Des Weiteren baut das Unternehmen derzeit eine Lithiumraffinerie im australischen Kwinana auf. So wird das Lithium aus der Greenbushes Mine zur Raffinerie nach Kwinana transportiert, dort weiterverarbeitet und vom Kwinana-Hafen aus nach Europa zum Hafen von Swinemünde/ Stettin in Polen verschifft.
Die nächste Stufe der Wertschöpfungskette übernimmt ebenfalls das Unternehmen Umicore. Das Unternehmen errichtet eine Fertigungsstätte zur Produktion von Kathoden im polnischen Neisse. Der erste Abnehmer der Kathoden ist der Zellfertiger LG Chem für ihre Zellfertigungsstätte in Breslau. In dieser Fertigungsstätte werden ebenfalls die Batteriezellen für die Volkswagen AG gefertigt. Daher kann angenommen werden, dass VW für ihre im Aufbau befindende Fertigungsstätte in Salzgitter ebenfalls die Batteriekathoden von Umicore bezieht. Das bedeutet, dass das raffinierte Kobalt aus der Fertigungsstätte in Hoboken und das raffinierte Lithium, welches zum Hafen von Swinemünde/ Stettin verschifft wird, zur nächsten Wertschöpfungsstufe, d.h. zur Kathodenproduktion, nach Neisse transportiert werden müssen.
Die Kathoden werden nach Salzgitter transportiert. Hier fertigt Volkswagen in Zusammenarbeit mit Northvolt einen Großteil der Batteriezellen für ihre BEV-Fahrzeuge. Auch die Montage der Batteriezellen zu Batteriemodulen und Batteriepacks erfolgt in dieser Fertigungsstätte. Die fertigen Batteriepacks werden im Anschluss in eine der Automobilfertigungswerke verschickt. Um eine Übertragbarkeit zur derzeitigen Wertschöpfungskette zu gewährleisten, wurde als finale Station dieses Szenarios das Werk in Zwickau ausgewählt, wo die Systemintegration der Batterie ins Fahrzeug erfolgen soll.
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Abbildung 6: Szenario einer künftigen Wertschöpfungskette der Volkswagen AG
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In dem dargestellten Szenario wird eine Streckendistanz von etwa 4418 km auf der Straße und 18251 Seemeilen auf dem Schiff, welche ungefähr 33800 km entsprechen, zurückgelegt. Das bedeutet die Gesamtlänge der Wertschöpfungskette beträgt in diesem Szenario etwa 38218 km. Im Vergleich zur Wertschöpfungskette heute, welche etwa 52359 km lang ist, bedeutet dies eine Reduktion der Logistikwege um knapp 27%. Laut dem Unternehmen Johnson Matthey machen Logistikkosten 3% der Gesamtkosten eines 25 kWh großen Batteriepacks aus. Im Jahr 2019 kostete eine Batterie ungefähr 159 $/kWh. Der VW ID3 ist derzeit mit den drei Batteriekapazitäten 45, 58 und 77 kWh bestellbar. Für die weiteren Berechnungen wird die größte Batteriekonfiguration mit 77 kWh berücksichtigt. Unter den Annahmen, dass sich die Reduktion der Logistikwege linear zu den Logistikkosten verhält und der Anteil der Logistikkosten an den Gesamtkosten auch für größere Batteriekapazitäten unverändert bleibt, bedeutet dies, dass die Gesamtkosten einer 77 kWh großen ID3 Lithium-Ionen-Batterie von 12243$ durch das Szenario der zukünftigen Wertschöpfungskette um etwa 100$ auf ungefähr 12143$ sinken. Bis zum Jahr 2025 plant die Volkswagen AG 1,5 Millionen Fahrzeuge mit Elektroantrieb gefertigt zu haben. Somit könnte das Unternehmen hierdurch bis zum Jahr 2025 150.000.000$ einsparen.
Neben den Kosteneinsparungen bietet das Szenario der künftigen Wertschöpfungskette weitere Vorteile. Dadurch, dass alle wichtigen Wertschöpfungsaktivitäten außer der Lithiumgewinnung/ -raffinerie in verschiedenen europäischen Ländern bzw. in Ländern der gleichen Zeitzone stattfinden, ist die Kommunikation innerhalb der Wertschöpfungskette leichter und es besteht eine höhere Reaktionsschnelligkeit. Durch die Reduktion der Überseelogistik besteht eine höhere Versorgungssicherheit und die Zollgebühren werden reduziert, da innerhalb der Europäischen Union keine Zollgebühren anfallen und somit nur an den Logistikschnittstellen Australien-Polen, DRC-Angola und Angola-Belgien Zollgebühren gezahlt werden müssten. Außerdem bietet dieses Szenario die Möglichkeit, die starke Abhängigkeit von chinesischen Unternehmen und Fertigungsstätten bei der Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien zu brechen. So ist das einzige chinesische Unternehmen in dieser Wertschöpfungskette der Lithiumförderer und -raffinierer Tianqi. Allerdings werden nur die australischen Standorte des Unternehmens als Stationen in der Wertschöpfungskette berücksichtigt.
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[av_icon_box position=’top‘ icon_style=“ boxed=“ icon=’ue864′ font=’entypo-fontello‘ title=’Über die Autoren‘ link=“ linktarget=“ linkelement=“ font_color=’custom‘ custom_title=’#ffffff‘ custom_content=’#000000′ color=’custom‘ custom_bg=“ custom_font=“ custom_border=“ av-medium-font-size-title=“ av-small-font-size-title=“ av-mini-font-size-title=“ av-medium-font-size=“ av-small-font-size=“ av-mini-font-size=“ av_uid=’av-jqb1x16y‘ admin_preview_bg=“]
Ahmet Yilmaz hat Maschinenbau an der RWTH Aachen studiert und sich im Master auf Produktionstechnik spezialisiert. Seit dem Jahr 2018 arbeitet er für die Streetscooter GmbH und ist hier seit März 2019 als Produktionsingenieur für die Hochvoltbatteriefertigung tätig. Aufgrund seiner Tätigkeit hat er intensive Erfahrungen im Bereich Lithium-Ionen-Batteriemontage sammeln können. Im Rahmen seiner Masterarbeit zum Thema „Marktspiegel der Lithium-Ionen-Batterie – Betrachtung der Wertschöpfungskette von der Ressourcengewinnung bis zur Integration des Batteriesystems“ konnte er sein spezifische Wissen und seine Erfahrungen einbringen um die gesamte Batteriewertschöpfungskette mit allen dazugehörigen Stationen zu analysieren und zu beschreiben. Er versteht die Batteriefertigung als ein ganzheitliches System von der Zellfertigung über die Modul- und Packmontage bis hin zur finalen Systemintegration ins Endprodukt.
Mario Kehrer studierte Elektro- und Informationstechnik in der Vertiefungsrichtung Elektromobilität am Karlsruher Institut für Technologie sowie der Shanghai Jiao Tong University. Während seines Studiums arbeitete er bei verschiedenen Automobilzulieferern in der Serien- und Vorausentwicklung. Seit 2017 ist Herr Kehrer als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Chair of Production Engineering of E-Mobility Components der RWTH Aachen unter Professor Kampker angestellt und arbeitet, seit 2019 als Gruppenleiter, in der Gruppe Battery Engineering.
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