- Wenn eine Batterieproduktionsanlage hochgefahren wird, kann die Ausschussrate über 90 % erreichen.
- All diese Schrottabfälle kosten einen Hersteller viel Geld, dessen Amortisierung in manchen Fällen vier Jahre dauern kann.
- Ein Großteil dieser Schrottabfälle ist ebenfalls gefährlich, obwohl es eine Handvoll Unternehmen gibt, die sie recyceln.
Der Start einer groß angelegten, automatisierten Batteriefabrik für Elektrofahrzeuge ist eine kostspielige Angelegenheit, nicht zuletzt wegen der horrenden Verschwendung, die in der Regel bei der Pilotproduktion anfällt.
Obwohl die Ausschussraten relativ schnell sinken, kann das weggeworfene Material für Unternehmen in der Anfangsphase hohe Kosten verursachen. Und der Schrott ist nicht nur unbrauchbar – es handelt sich um gefährlichen Abfall, für den die Unternehmen Millionen ausgeben, um ihn einem Recycler zuzuführen.
„Was wir sehen, insbesondere bei den Erträgen im ersten Jahr, ist düster und winzig. In manchen Fällen sind nur 10 bis 20 % der Produktion nutzbar“, sagte Dr. Tal Sholklapper, Mitbegründer des Startups Voltaiq, das mithilfe von Analysen Daten durchforstet und Batterieunternehmen bei der Verbesserung dieser Erträge berät.
„Das Fazit ist, dass die Ausschussraten bei unserem derzeitigen Verständnis von Lithium-Ionen-Batterien unglaublich hoch sind“, sagte er. „Der Weg zur Profitabilität kann drei oder vier Jahre dauern.“
Auf der CES im Januar kündigte Voltaiq eine Partnerschaft mit dem in Deutschland ansässigen Technologieunternehmen Siemens an, „um dabei zu helfen, den Betrieb schnell und reibungslos zu skalieren, von ersten Tests bis hin zu vollständigen Produktionslinien.“
Laut einem Bericht von Grand View Research wurde der weltweite Batteriemarkt im Jahr 2022 auf 104 Milliarden US-Dollar geschätzt und soll zwischen 2023 und 2030 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 15,8 % wachsen.
Offensichtlich wird die Welt viel mehr große Batteriefabriken brauchen, und es ist von entscheidender Bedeutung, dass sie effizient arbeiten und die Rentabilität erzielen, die sie benötigen, um im Geschäft zu bleiben. Die Batterieproduktionskapazität in Nordamerika wird von jährlichen 55 Gigawattstunden (GWh) im Jahr 2021 auf fast 1000 GWh pro Jahr im Jahr 2030 steigen, sagte das Energieministerium.
Eli Leland, Chief Technology Officer und Mitbegründer von Voltaiq, sagte Autowoche„In der Anfangsphase kommt es bei Batterie-Startups vor allem auf die Geschwindigkeit an, um leistungsstärkste Technologieziele zu erreichen und so einen Wettbewerbsvorteil zu wahren.“ Es geht darum, die Fabrik mit hoher Ausbeute in Betrieb zu nehmen, damit das Unternehmen nicht das ganze Geld verschwendet. Wenn ihnen wichtige, in den Daten verborgene Erkenntnisse entgehen, machen sie Fehler und sind zu langsam.“
Leland sagte, die Probleme treten auf, wenn eine Leitung hochgefahren wird, „und man täglich Tausende von Zellen herstellt und die meisten davon wegwirft“. Laut Voltaiq kann eine Reduzierung der Ausschussraten um nur einen Prozentpunkt einen jährlichen Mehrgewinn in zweistelliger Millionenhöhe bedeuten. Das Unternehmen nennt seinen Prozess der KI-gestützten Datenerfassung, Analyse und Interpretation des Lade-Entlade-Zyklus Enterprise Battery Intelligence.
Die Information zitiert „eine weit verbreitete unabhängige Analyse“, die die Ausschussrate in der Tesla/Panasonic Gigafactory im dritten Quartal 2017, kurz nach Produktionsbeginn in Nevada, auf 84 % beziffert. In seinem Update für das dritte Quartal 2017 sagte Tesla, dass seine „hauptsächliche Produktionsbeschränkung“ in der Gigafactory 1-Linie liege, die Batteriemodule produziert. „Aufgrund der kombinierten Komplexität des Moduldesigns und des automatisierten Herstellungsprozesses hat der Hochlauf dieser Linie länger gedauert als erwartet“, sagte Tesla.
Tesla war damals auf der Suche nach einer Effizienzsteigerung in der Batterieproduktion: „Wir haben unsere besten Ingenieure eingesetzt, um die automatisierten Prozesse und die damit verbundene Roboterprogrammierung zu verfeinern, und wir sind zuversichtlich, dass der Durchsatz in den kommenden Wochen erheblich steigen und letztendlich Produktionsraten erreichen wird.“ deutlich größer als die ursprüngliche Spezifikation.“
Im Sommer 2018 sagte Tesla: „Unsere Ausschussrate für Batterien ist seit Januar um fast 60 % gesunken, da wir unsere Herstellungsprozesse verbessert haben.“ Bis 2019 wurde den Analysten mitgeteilt, dass sich die Erträge der Gigafactory auf 75 % verbessert hätten. Doch Teslas Schrottkosten während des Hochlaufs der Gigafactory waren sehr hoch.
Einer der wenigen Vorteile hoher Schrottquoten besteht darin, dass das Angebot an Altbatterien für Elektrofahrzeuge zwar gering ist, diese aber Rohstoffe für die Recycler liefern. Redwood Materials, das nach eigenen Angaben eine zirkuläre globale Batterielieferkette aufbaut und aus den Abfällen der Industrie neue Anoden- und Kathodenkomponenten herstellt, bezieht 50 % der 40.000 Tonnen Rohmaterial, die es jährlich verarbeitet, aus Schrott, so das Unternehmen.
Wenn die Ausschussraten dramatisch sinken, könnte es für Recycler natürlich schwieriger werden, an dieses Material zu kommen. Ein Bericht aus dem Jahr 2024 im Zeitschrift für Energiequellen kommt zu dem Schluss, dass „Produktionsabfälle in diesem Jahrzehnt als Hauptquellen für das Recycling dienen werden.“
Aber immer mehr Altbatterien stehen für das Recycling zur Verfügung. Nach Angaben von Circular Energy Storage wurden im Jahr 2022 11,3 Gigawattstunden an Elektrofahrzeugbatterien ausgemustert, bis 2030 dürfte dieser Wert jedoch deutlich auf 138 GWh ansteigen.
Und Schrott wird aufgrund einer Klausel im Inflation Reduction Act (IRA) deutlich wertvoller, die besagt, dass im Ausland hergestellte Batterien nach dem Recycling Anspruch auf Subventionen haben, als ob sie in den USA hergestellt worden wären. Derzeit erfolgt das Batterierecycling hauptsächlich in China, aber Startups wie Redwood aus Nevada, Li-Cycle aus Kanada und Ascend Elements aus Massachusetts ändern das.
Laut einem Reuters-Bericht, in dem BMW zitiert wird, können die Mineralien in der Batterie eines einzelnen Autos (hauptsächlich Lithium, Kobalt und Nickel) einen Wert von 1123 US-Dollar haben. Doch Schrott ist für Batteriehersteller noch keine lukrative Einnahmequelle.
Schrottquoten auf jeden Fall Tun sinken dramatisch, wenn die Pflanzen reifen. Sam Abuelsamid, leitender Analyst für Transport und Mobilität bei Guidehouse Insights, sagte, dass Verschrottungsraten von 80 bis 90 % wahrscheinlich „in der allerersten Pilotproduktionsphase, wenn die Ausrüstung noch aufgebaut wird“, auftreten werden. Allerdings habe ich gehört, dass Teslas Ausschussquote beim Versuch, Kathoden für 4680-Zellen trocken zu beschichten, durchaus so hoch sein könnte.“
Abuelsamid sagte jedoch: „Ich erwarte voll und ganz, dass die Ausschussraten bei der Zellherstellung im Laufe dieses Jahrzehnts erheblich zurückgehen werden. Die Zahl der Produktionsanlagen nimmt stetig zu und die Größe nimmt zu. Es ist fast unvermeidlich, dass sich das Wissen darüber, wie sich Prozessschwankungen auf Qualität und Zuverlässigkeit auswirken, mit zunehmender Datenmenge dieser Größenordnung verbessert, was wiederum zu Optimierungen führt, die die Qualitätskontrolle und Erträge verbessern können.
„Wenn die Ausschussraten in Batteriefabriken nicht sinken würden, müssten wir ernsthaft darüber nachdenken, wie Zellen tatsächlich hergestellt werden.“
Auf eine Anfrage zu den aktuellen Gigafactory-Schrottquoten reagierte Panasonic nicht. Das Unternehmen stimmte 2022 zu, Kathodenmaterial für Batteriezellen von Redwood zu kaufen. Katie Burdette, Kommunikationsmanagerin von GMs Ultium Cells, sagte Autowoche„Aus proprietären Gründen verzichten wir darauf, bestimmte Informationen zur Anlagenleistung wie Produktivität und Qualität mit der Öffentlichkeit zu teilen.“
Laut Reid „Rusty“ Heffner, Cheftechnologe bei Booz Allen Hamiltons Climate and Infrastructure Practice, „schützen Batterieunternehmen ihre Ertragszahlen.“ Er sagte, dass hohe Ausschussraten bei Startups „verbesserungswürdig“ seien.
Da wird es kaum Meinungsverschiedenheiten geben. „Die Realität ist, dass die Herstellung von Batterien im großen Maßstab noch in den Kinderschuhen steckt“, sagte Sholklapper von Voltaiq.
![Kopfschuss von Jim Motavalli Kopfschuss von Jim Motavalli](https://carnewsly.com/wp-content/uploads/2024/02/Die-Ausschussrate-in-Batterieanlagen-kann-90-erreichen-aber-die.file.png)
Jim Motavalli ist ein Autoautor und Autor (neun Bücher), der für Autoweek und Barron's Penta schreibt. Er hat zwei Bücher über Elektroautos geschrieben, Forward Drive (2000) und High Voltage (2010), und moderiert den Plugging In-Podcast.
Motavallis Texte sind in der New York Times, CBS Moneywatch, Car Talk at NPR, Forbes, US News and World Report, Sierra Magazine, Audubon und vielen anderen erschienen. In seiner Freizeit rezensiert er Bücher und Jazz.