Sichtprüfung bei der Produktion von Zellkontaktiersystemen für Lithium-Ionen-Batterien. (Quelle: ElringKlinger AG)

Seit 1999 beschäftigt sich ElringKlinger mit Batterie- und Brennstoffzellenkomponenten. Im eMobilJournal-Interview spricht Armin Diez, Bereichs­leiter „Neue Geschäftsfelder“ und „Batterietechnologie“, über diese Entwicklungen und das Potenzial der Batterie- und Brennstoffzellentechnologie für die Zukunft.

Dieser Beitrag ist zuerst in eMobilJournal 03/2018 erschienen.

Herr Diez, seit nunmehr 28 Jahren sind Sie bei der ElringKlinger AG beschäftigt.

Das ist richtig. Den größten Teil dieser Zeit war ich in verschiedenen Stationen der Entwicklung tätig. Ich habe elf Jahre lang den Geschäftsbereich Zylinderkopf­dichtungen geleitet und schon früh angefangen, im Rahmen der Zylinderkopfdichtungsentwicklung auch interdisziplinär zu denken und mich mit anderen Tech­nologien zu beschäftigen.

Mit welchem der neuen Geschäftsfelder ­haben Sie sich zuerst auseinandergesetzt?

Wir haben 1999 mit der ersten Bipolarplatten-Entwicklung für Brennstoffzellen begonnen – also vor nahezu 20 Jah­ren – und waren auch in Kontakt mit einem großen süd­deutschen OEM. Wir haben die damaligen Entwicklungen auch schon in Richtung Industrialisierung vorangetrieben und konnten uns bereits einige wichtige Patente sichern.

2009 startete die große Diskussion „Going Green“ – ein schöner Hype damals, der dann aber leider schnell wieder abgeflacht ist. Zu diesem Zeitpunkt ist bei den Automobilzulieferern dann erstmals auch von Investoren­seite die Frage aufgekommen, wie man sich in Richtung Elektromobilität entwickeln will. Zu dieser Zeit haben wir die ersten Zellkontaktier­systeme als Entwicklungsprojekte gewonnen – so zum Beispiel das Zellkontaktiersystem für den BMW i3, das wir auch heute noch liefern. Mit diesem Know-how haben wir unsere Produkte dann auch an an­dere große Her­steller geliefert.

Wie kamen Sie dann vom Zellkontaktier­system zur Batterie?

Die Zellkontaktiersysteme waren die Basis für unsere heutigen Batterie- und Modulkompetenzen, die wir seit dieser Zeit weiter ausbauen konnten. Wir haben dann nach den ersten Projekten, die in ­Serie gingen, einen eigenen Geschäftsbereich gegründet: Batterietechnologie und Elektromobilität. Und nachdem dieses Thema und auch die Brennstoffzelle inzwischen sehr stark an Bedeutung gewonnen haben, habe ich den Bereich Zylinderkopfdichtung vor zwei Jahren ab­gegeben und fokussiere mich jetzt ausschließlich auf die ­neuen Geschäftsfelder und die Batterietechnologie.

Sie bauen diese neuen Geschäftsfelder ­massiv aus. Sicher ist Ihr Personalbedarf dabei sehr hoch?

Aktuell haben wir allein im Bereich der neuen Geschäfts­felder mehr als 50 offene Stellen und bemühen uns, diese zu besetzen. Aber sicher ist derzeit die gesamte Auto­mobilindustrie – insbesondere Zulieferer – auf der Suche nach Fachkräften, die möglichst viel Erfahrung mitbrin­gen. Wir stehen hier in Kontakt mit verschiedenen Hoch­schulen – ein Thema, an dem wir sehr intensiv arbeiten.

Wir überlegen auch, ob wir – über die normalen Studiengänge hinaus – Aufbaustudiengänge bei uns installieren können, um Maschinenbauer in unserem Unternehmen zu unterstützen, die schon vor einigen Jahren ihr ­Studium abgeschlossen ha­ben, und sich jetzt gern in Richtung Elektromobilität orientieren würden. Das ist natürlich auch im Sinne des Unternehmens. Da muss sich glaube ich auch in der Hochschullandschaft noch einiges tun.

Wie viele Bewerber hatten Sie bislang für die neuen Geschäftsfelder?

Von weit über 100 offenen Stellen konnten wir bisher rund 50 besetzen. Wir gehen davon aus, dass mittel­fristig noch weitere Stellen hinzukommen werden. Aktuell bauen wir auch ein neues „Innovation Lab“ auf. Das Unternehmen stellt sich also in ganzer Breite der neuen Herausforderung „Elektromobilität“. Wir haben aufgrund unserer Aktionärsstruktur hier gute Voraussetzungen. Unsere Unternehmensausrichtung ist sehr strategisch.

Es steht nicht nur der kurzfristige Erfolg auf der Agenda, sondern auch die längerfristige Aus­richtung des Unternehmens spielt eine sehr große Rolle in der Strategie. Sonst würden wir nicht so lange schon in neue Technologien investieren. Wir konnten so be­reits ein sehr gutes Fundament legen, für das wir jetzt in den nächsten Jahren sicher die Ernte einfahren werden.

Sie setzen dabei sowohl auf die Brennstoff­zellen- als auch auf die Batterietechnologie...

Das batterieelektrische Fahren wird sicherlich ­schneller auf dem Markt Einzug halten als die Brennstoff­zellentechnologie. Wir sehen aber auch jetzt schon vielversprechende Ansatzpunkte und Treiber für die ­Entwicklung der Brennstoffzelle.

Das elektrische Fahren, das einen sehr hohen Wir­kungsgrad hat, wird mittelfristig vor allem für Pkws und kürzere Fahrstrecken von Vorteil sein. Wir glauben, dass für längere Strecken und schwerere Fahrzeuge wie zum Beispiel Lkws im Logistikverkehr eine Brennstoffzellen­applikation längerfristig mehr Sinn macht.


Verschiedene Unternehmen haben angekün­digt, künftig keine Batteriezellen mehr in Europa zu fertigen – wie schätzen Sie diese Entscheidung insbesondere für den Wirt­schaftsstandort Deutschland, aber auch für Europa ein?

Als Basis für die Batterietechnologie braucht man na­türlich Zellen. Da ist es für die europäische Industrie – speziell die Automobilindustrie – ein gewisses Dilemma, dass heute keine eigenen Batteriezellenhersteller mehr in Europa vertreten sind.

Wenn man ganz grob je nach Batteriegröße die Wert­schöpfung in einem Elektrofahrzeug einordnet, macht die Batterie hinsichtlich der Herstellungskosten unge­fähr 40 bis 50 Prozent der Wertschöpfung des gesamten Elektrofahrzeugs aus. Wenn künftig die Zellen für die gesamte Automobilindustrie aus Asien kommen, dann würden natürlich dramatische Größenordnungen in der Wertschöpfungskette fehlen.

Mittelfristig werden asiatische Hersteller sicherlich auch in Europa Zellfertigungen aufbauen. Da hat es ja bereits diverse Ankündigungen von verschiedenen Unternehmen aus Korea und China gegeben. Diese neuen Zellfer­tigungen wer­den dann nicht in europäischer Hand sein. ElringKlinger hat im Bereich Batterietechno­logie eine Koope­ration mit dem chinesischen Zellenhersteller CITC ­geschlossen. Das ist eine Kooperation, die die Aufgaben klar verteilt: CITC ist für die Entwicklung und Produktion der Zellen zuständig, während wir die Batteriemodule und -komponenten fertigen.

Für lokale Bedarfe, also hier in Europa, haben wir aktuell die Entscheidung getroffen, in eine Batterie­modullinie zu investieren. Wir werden ab dem ersten Quartal des nächsten Jahres eigene Batteriemodule an Kunden ausliefern können. In einer weiteren Ausbau­stufe wird auch eine Komplettbatterie von uns gefer­tigt werden.

Welche Batteriezellentypen verwenden Sie dabei?

Wir arbeiten mit dem Standard der europäischen Auto­mobilindustrie: der prismatischen Hardcase-Zelle. Wir entwickeln darüber hinaus aber auch Module mit Rund­zellen, da unsere nordamerikanischen Kunden mit Rund­zellen arbeiten. Pouch-Zellen sind weniger unser Thema.

Wie schätzen Sie die Diskussion um die Fest­körper-Elektrolyten ein?

Ich glaube, dass dieses Thema kommen wird, aber ich bin aus zwei Gründen nicht sehr optimistisch. Zum ­einen gibt es in der Entwicklung der Festkörper-­Zellen noch einige Themen, die physikalisch-tech­nisch gelöst werden müssen und für die es aktuell noch ­keine fertigen Lösungen gibt. Das ist die eine Unsicherheit. Die zweite Unsicherheit ist: Wenn wir in fünf bis sieben Jahren mit einer neuen Technologie auf den Markt kommen, dann wird die heute bereits etablierte Lithium-Ionen-Technologie in Bezug auf die Energiedichte schon so weit optimiert sein, dass sie eine sehr hohe Messlatte für den Markteintritt einer neuen Technologie legt.

Insofern glaube ich, dass Festkörper-Elektrolyten zwar kommen werden, bezweifle aber, dass wir bereits in vier oder fünf Jahren komplett über diese Techno­logie verfügen können. Wir werden sicher noch eine ­gewisse Zeit bei der heutigen Technologie stehen.


Im Markt gibt es verschiedene Treiber, sodass sich bei der Entwicklung der Brennstoff­zellentechnologie eine Beschleunigung ab­zeichnet.

In China werden inzwischen Brennstoffzellen in ho­hem Maße staatlich unterstützt. Der Staat zahlt dort zum Beispiel ca. 70.000 Euro pro Brennstoffzellen-Bus, was zu einem enormen Hype führt. China verlangt nach Brennstoffzellentechnologie. Wir waren bisher sehr stark fokussiert auf Bipolarplatten und Brenn­stoffzellenstacks, also auf das Herz des Systems. Um Systemkomponenten haben sich unsere europäischen Kunden, die einen Stack oder Bipolarplatten von uns beziehen, bislang selbst gekümmert.

Systeme sind immer eng mit dem Packaging im Fahr­zeug verbunden, deshalb werden wahrscheinlich auch bei OEM-Projekten das System und das Packaging lang­fristig eher auf der Kundenseite stattfinden. In China haben wir aber die Situation, dass man dort die ganze Technologie benötigt. Das bedeutet, dass wir heute System­technologien mitliefern müssen, damit asiatische Hersteller in der Lage sind, unseren Stack zu betreiben. Demzufolge verfolgen wir derzeit auch das Thema System­technologie sehr intensiv. Wir planen einen Lkw vor­zustellen, der einen Brennstoffzellen-Range-Extender beinhaltet.

Wenn Sie Batterie- und Brennstoffzellen­technologie miteinander vergleichen – zu welchem Ergebnis kommen Sie?

Die Batterie und die Kosten für die Batterie skalieren mit der Kapazität, bei der Brennstoffzelle hingegen mit der Leistung. Das heißt, wenn ich die Kosten gering hal­ten möchte, muss ich mit einer möglichst kleinen Brenn­stoffzelle auskommen.

Um dies am Fahrzeug selbst zu erklären: Mit einem Fahrzeug muss ich dynamisch fahren können, das heißt ich muss für die Beschleunigung einen hohen Leistungs­bedarf decken. Da empfehlen wir, diese Leis­tung aus der Batterie zu holen. Die Bat­terie kann dies zwar nicht für einen unbegrenzten Zeitraum leisten, aber sie kann hohe Ströme zur Verfügung stellen. 

Wenn ich den elektrischen Durchschnittsverbrauch eines Fahrzeugs betrachte, dann ist dieser viel niedriger als das, was die Batterie tatsächlich leisten kann. Daher ist unser Konzept folgendes: Wir decken die Dynamik bzw. den Beschleunigungsbetrieb mit einer Batterie ab, verkleinern diese aber und setzen zusätzlich eine kleine Brennstoffzelle als Range-Extender ein.

Das hat mehrere Vorteile: Zum einen stellt dieses Konzept hinsichtlich der Kosten eine echte Alternative zum reinen Batteriebetrieb dar, der auf Langstrecken ausgelegt werden muss. Zum anderen aber auch zu rei­nen Brennstoffzellenfahrzeugen, die dann Brennstoff­zellen mit etwa 100 bis 150 kW enthalten müssten.

Also setzen Sie auf eine Kombination aus beiden Technologien?

Richtig, denn dieses Modell wird insbesondere im Logis­tikverkehr und im Transportwesen gute Chancen für die Zukunft haben. Wir haben hierzu schon verschiedene Gespräche mit großen Speditionen geführt, mit denen wir die ver­schiedenen Szenarien durchgerechnet haben. Es gibt Strecken, die sich rein batterieelektrisch fahren lassen. Bei längeren Strecken aber wird es schwierig, weil ein großer Teil des Frachtgewichts wegfallen muss, wenn man für hohe Reichweiten rein batterieelektrisch sehr große und schwere Batterien verwenden muss. Auch die Ladezeit für eine solche Batterie darf nicht unter­schätzt werden.

Wenn ich die Ladezeit mit der Tankzeit von Wasser­stoff vergleiche, die nur wenige Minuten in Anspruch nimmt, bringt das entscheidende Vorteile gegenüber der Batterieladung mit sich – ähnlich wie bei der ­Benzin- oder Diesel-Betankung. Schauen wir einmal in die Schweiz: Dort gibt es schon seit vielen Jahren die lastabhängige Schwerlast­verkehrsabgabe, eine Sondersteuer für den Lkw-Ver­kehr. Hier muss pro Tonne und gefahrenem Kilometer eine ­Sondersteuer gezahlt werden.

Die Intention war ursprünglich, die Fracht von der Straße auf die Schiene zu bringen. Dann hat man vor etwa zwei Jahren beschlossen, emissionsfrei fahrende Fahrzeuge von dieser Steuer zu befreien. Zuletzt wurde die Steuer zu Beginn des letzten Jahres nochmals deut­lich angehoben. Ein 40 Tonnen-Lkw zahlt inzwischen in der Schweiz – je nach Schadstoffklasse – 1,08 Schweizer Franken pro gefahrenem Kilometer.

Mit dem Wegfall dieser Steuer durch den Einsatz eines alternativen Antriebs würde sich die Umrüstung auf alternative Antriebe schneller amortisieren.

Das stimmt, denn bei einem Durchschnittswert von 70.000 bis 80.000 gefahrenen Kilometern pro Jahr wäre der Return on Investment (ROI) bei der Umrüstung auf alternative Antriebe in wenigen Jahren erreicht.

Leider sind die Systeme heute noch nicht wett­bewerbsfähig und es gibt auch in diesem Bereich heute noch keine fertigen Fahrzeuge zu kaufen. Aber der Druck von Logistik-Unternehmen wächst – ­insbesondere von großen Discounter-Ketten. Die­se können ihre großen Logistik-Zentren zwar teil­weise mit der Bahn noch gut beliefern, haben dann aber auf jeden Fall Lastverteilverkehr, der bei diesen ­Unternehmen einen hohen Anteil der Gesamtausga­ben ausmacht. Daraus resultiert ein großes Interesse daran, den Verteilverkehr der Flotten – und zwar in ­allen Fahrzeug-Klassen von Lkws mit 7,5 bis 40 ­Tonnen – mit Brennstoffzellen-Range-Extender auszustatten, weil hier rein batterieelektrische Fahrzeuge schnell an ihre Grenzen stoßen.


Sie sind in den Gremien des Strategiedialogs Automobilwirtschaft vertreten. Dieses Thema wird hier sicher intensiv diskutiert.

In den Gremien sitzen neben den OEMs und Zulieferern auch die Stromerzeuger und Netzbetreiber mit am Tisch, die sich genau hierzu ihre Gedanken machen. Denn es macht ja offen gestanden wenig Sinn, elektrisch zu fah­ren und die Batterie dann mit Kohlestrom zu laden. An dieser Stelle muss noch sehr viel passieren. Wir planen zwar den Ausstieg aus der Kern- und Kohleenergie, das Vorantreiben von regenerativen Energien steht aus mei­ner Sicht aber noch auf wackeligen Füßen.

Das bereitet denjenigen, die sich damit beschäftigen, große Sorgen. Der Zusammenhang ist relativ einfach: Grüne Energien sind bekanntermaßen sehr volatil. Auf Zeiten mit gigantischer Überproduktion folgen Zeiten, in denen das Angebot nicht ausreicht. Das Vorhaben bis 2050 von 35 Prozent regenerativer Energien, die wir letz­tes Jahr ungefähr erreicht haben, auf 90 Prozent zu kom­men, stellt eine enorme Herausforderung dar. Meiner Ansicht nach gibt es noch keine verwertbaren Ansätze, wie man mit dieser Volatilität am Ende umgeht. Hinzu kommen Vorgaben für den Verkehr, der bis 2050 kom­plett – sowohl Pkw als auch Lkw – CO2-frei werden soll.

Die Netzbetreiber vertreten die Ansicht, dass, wenn wir aus dem Überschuss-Strom heute über Elektrolyse Wasser­stoff produzieren könnten – selbst wenn auch das ein volatiler Vor­gang ist – der Ver­kehrssektor damit zu einem Großteil abgedeckt wäre. Durch die Nutzung des überschüssigen Stroms für die Wasserstoff-Produktion könnte auch die Wirtschaftlichkeit regenerativer Energien erhöht werden. Es besteht daher von Seiten der Energieerzeuger und Netzbetreiber eine hohe Motivation, die Entwicklung von Wasserstoff bzw. der Brennstoffzelle voranzutreiben.

Demzufolge müsste ein flächendeckendes Netz von Wasserstoff-Tankstellen aufgebaut werden.

Dr. Christopher Hebling vom Fraunhofer Institut ISE in Freiburg hat einen Bedarf von 6.000 Wasserstoff-­Tankstellen berechnet, um eine flächendeckende ­Wasserstoff-Versorgung sicherzustellen.

Es gibt ungefähr 14.000 Tankstellen in Deutschland. Wenn man davon geeignete auswählen und zusätzlich mit Wasserstoff ausstatten würde, könnten die notwen­digen 6.000 Tankstellen erreicht werden. Dafür müsste zwar ein hoher Betrag aufgebracht werden, keine Frage, wir sind aber der Überzeugung, dass dies ein beherrsch­bares Thema und eine lohnende Investition wären.

Da fragen sich die Netzbetreiber und Strom­versorger voraussichtlich, ob der nun ange­strebte Ausbau der Ladenetze mittelfristig richtig ausgelegt sein wird.

Die Netzbetreiber geraten aktuell natürlich in eine ge­wisse Unsicherheit, weil die Politik einerseits einen deut­lichen Ausbau der Ladenetze und eine Ausrichtung auf Elektromobilität fordert. Anderseits aber auch nicht garantiert werden kann, dass nicht möglicherweise in zehn Jahren die Kombination mit der Wasserstoff-­Brennstoffzelle wieder völlig andere Anforderungen an ein Ladenetz stellt. Nachdem dies langfristige Investi­tionen sind, die über ca. 50 Jahre abgeschrieben ­werden, müssen sich die Politik und die Öffentlichkeit darüber klar werden, wohin die Reise gehen soll. 

Ich bin der Meinung, Wasserstoff wird einen wesent­lichen Anteil haben. Auch wenn man voraussichtlich nicht allein mit Wasserstoff fahren wird, sollte man doch die Wasserstoff-Anteile, die über die Brennstoffzelle im Verkehr abgebildet werden, auch heute schon in die Planungen miteinbeziehen.

Wir stehen in Europa bei der Batterieproduktion hin­tenan. Am Anfang konnten wir noch von Kompetenzen in der Batterieproduktion profitieren und auch noch lange Zeit Produktionsanlagen zur Herstellung der Zellen nach Asien liefern. Doch jetzt sind wir schon ein Stück weit ins Hintertreffen geraten, was eigene Technologien für den Wirtschaftsstandort Deutschland und Europa angeht.

Im Bereich der Brennstoffzellentechnologie sind wir heute führend. Wirtschaftspolitisch dürfen wir uns ­meiner Meinung nach daher nicht die Butter vom Brot nehmen lassen.

Die Brennstoffzelle bringt auch nicht die Nachteile mit wie die Batterie, was die Rohstoffseite betrifft. Bei der Zellfertigung entscheidet sehr stark der Preis über den sicheren Zugang zu Rohstoffen. Das ist bei der Brenn­stoffzelle nicht der Fall: Ähnlich einem Katalysator sind Metalle wie Platin enthalten, die allerdings kein derartiges Versorgungsrisiko wie beispielsweise Kobalt bei der Lithium-Ionen-Zelle darstellen. Insofern müsste es auch industriepolitisches Ziel sein, dass wir als Europäer die Brennstoffzelle und diese Tech­nologie vorantreiben.

Wie rüsten Sie sich als Automobilzulieferer für die Entwicklungen der Zukunft?

Was die Wertschöpfungskette bei Brennstoffzellen an­geht, sind wir sehr gut aufgestellt. Wir können wie ge­sagt auf eine lange Erfahrung mit Bipolarplatten zu­rückgreifen, haben gewisse Alleinstellungsmerkmale und zudem Patente angemeldet, die uns bestimmte Segmente absichern. Wir verfügen über die Dichtungs­technologie, die metallische Bipolarplatten-Technologie, die Laser-Schweiß-Technologie bis hin zu den Kunststoff-­Endmodulen. Auch prozesstechnisch sind wir für die ­Zukunft gut gerüstet. Damit haben wir eine gute Aus­gangslage, wenn die Brennstoffzelle in den Markt eintritt.

Man wird oft gefragt: Wie schnell wird sich die Elektro­mobilität durchsetzen und in welchen Märkten? Da gibt es unzählige Prognosen. Das ist selbst für Experten der Branche wie ein Blick in die Glaskugel. Wir haben uns daher das Ziel gesetzt, im Bereich neue Geschäfts­felder unabhängig da­von, wie die Zu­kunft tatsächlich aussehen wird, die richtigen Techno­logien anbieten zu können. Unser Ziel als Zulieferer muss es sein, die richtige Aufstellung zu haben, um an jeder Entwicklung partizipieren zu können.

Als Automobilzulieferer sind wir dadurch, dass wir sowohl im Batteriesektor als auch bei der Brennstoff­zelle einen hohen Reifegrad erreicht haben, bereit für die Entwicklungen der Zukunft.

Herzlichen Dank für das Gespräch, Herr Diez.

  • Armin Diez Elring Klinger B

    Interviewpartner

    Dipl.-Ing. (FH) Armin Diez

    Leiter der Geschäftsbereiche Neue Ge­schäftsfelder und Batterietechnologie/ Elektromobilität sowie Aufsichtsrate bei ElringKlinger AG

     

  • Brennstoffzelle Batterie ElringKlinger Cover

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