Das richtige Klima für die Batterieproduktion
Bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien, einer Schlüsseltechnologie der Energiewende, spielt die Luftfeuchtigkeit eine entscheidende Rolle. Ein Forschungsprojekt der Weiss Technik GmbH in Kooperation mit der Technischen Universität Hamburg (TUHH) will eine extrem trockene Produktionsatmosphäre ermöglichen. Sie soll die Effizienz und spätere Kapazität der Batterien erhöhen und den Energiebedarf massiv senken. Gefördert wird „EcoBat“ von der IFB Hamburg mit dem Programm PROFI Umwelt Transfer.
Ohne Lithium-Ionen-Batterien keine E-Mobilität. Der Markt ist milliardenschwer und entwickelt sich dynamisch, auch wenn er derzeit in Europa stockt. Die Weiss Technik will mitmischen in diesem globalen Markt. „Wir wollen weiter wachsen und uns von anderen Anbietern absetzen“, sagt Eike Higgen, Standortleiter Hamburg von Weiss Technik. „Da wird uns EcoBat helfen.“
Das Unternehmen mit Hauptsitz im hessischen Reiskirchen ist Weltmarktführer für Anlagen der Umweltsimulation, vor allem auch für die Automobilindustrie. Seit einigen Jahren ist Weiss Technik mit seinen 2.200 Mitarbeitenden, davon mehr als 70 in Hamburg, auch in der Batterieproduktion aktiv. Es baut Trocken- und Reinräume, etwa für eine Gigafactory der Fraunhofer-Gesellschaft in Münster sowie unter anderem für mehrere große Pilotlinien namhafter Automobilkonzerne im süddeutschen Raum.
Lithium-Ionen-Batterien brauchen eine möglichst trockene Umgebung. Schon eine geringe umgebende Luftfeuchtigkeit bei der Produktion kann ihren Wirkungsgrad und ihre Lebensdauer erheblich beeinträchtigen. Die Entfernung der Restfeuchte aus dem Produktionsraum aber ist extrem energieintensiv. „Etwa bis zu einem Drittel des Gesamtenergiebedarfs einer Batteriezelle bei der Produktion benötigt alleine der Trockenraum“, sagt Higgen.
Das Verfahren ökonomischer und ökologischer zu gestalten, ist das Ziel von EcoBat. In einem ersten Schritt führte das Unternehmen in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Arne Speerforck vom Institut für Technische Thermodynamik der TUHH eine Machbarkeitsstudie für ein optimiertes Verfahren zur Tiefenentfeuchtung der Produktionsatmosphäre durch. Das Ergebnis der von der IFB Hamburg im Rahmen eines Green Potential Screenings geförderten Untersuchung: Um bis zu 77 Prozent oder rund 106.000 Tonnen CO2 kann der Energiebedarf einer 40 GWh-Lithium-Ionen-Produktion reduziert werden.
Die Technologie basiert auf der Nutzung einer Hochtemperatur-Wärmepumpe für die Lufttrocknung. „Wir werden jetzt gemeinsam mit der TUHH auf unserem Gelände eine Demonstrations- und Forschungsanlage realisieren“, erzählt Higgen. Ihr Bau und die Evaluierung der Technologie ist Bestandteil des Folgeprojekts, das von der IFB Hamburg im Rahmen von PROFI Umwelt Transfer unterstützt wird. Das Programm fördert Einzel- und Kooperationsprojekte, die zur Entwicklung innovativer Produkte, Verfahren oder Dienstleistungen beitragen und dem Klima- und Umweltschutz verpflichtet sind, mit bis zu 500.000 Euro bei Einzel- und 1 Million Euro bei Kooperationsprojekten. Unternehmen jeglicher Größe, Branchen und Technologiefelder können die Förderung beantragen.
Einen fast siebenstelligen Betrag investiert Weiss Technik in das Forschungsprojekt, das mit 579.000 Euro von der IFB Hamburg unterstützt wird, darunter die kompletten Kosten für die TUHH. „Die Förderung ist ein starker Katalysator für unsere Investition, insbesondere auch, weil sie die Kooperation mit der TUHH ermöglicht, die EcoBat wissenschaftlich begleitet“, meint Diplom-Ingenieur Higgen, der einst selbst in Harburg studiert hat.
Die Förderung ist im Sommer 2024 gestartet und erstreckt sich über einen Zeitraum von drei Jahren. Spätestens dann soll ein fertiges Produkt stehen, für das sich Higgen gute Marktchancen ausrechnet, auch weil das Unternehmen einer der wenigen Anbieter ist, die Trockenräume als Systemintegrator anbieten, also inklusive dem selbst entwickelten Entfeuchter. „Der Bedarf an diesen Geräten in den mehrere Fußballfelder großen Gigafabriken ist enorm. Die Produktion erfordert Hunderttausende von Kubikmetern trockene Luft pro Stunde“, so Higgen.