Kann Salz die Zukunft antreiben?

Die Energiewende basiert auf Batterien – und diese Batterien werden oft auf nicht so saubere Weise hergestellt.

Die meisten Batterien von heute sind Lithium-Ionen-Batterien. Sie werden in Elektrofahrzeugen, Rechenzentren und stationären Stromnetzen für Solarmodule und Windturbinen sowie in Alltagsgegenständen wie Handys, Laptops und Elektrorollern verwendet.

Lithium benötigt riesige Mengen an Wasser zur Gewinnung und Raffinierung – etwa 2 Millionen Liter Wasser pro Tonne Lithium, so das Institute for Energy Research.

Zum Beispiel in Chile, dem zweitgrößten Lithiumproduzenten der Welt, verwendet die Industrie ein Solebergbauverfahren, das bereits knappes Süßwasser von lokalen indigenen Gemeinschaften abzweigt und schwere Schäden an nahegelegenen, empfindlichen Feuchtökosystemen verursacht.

Darüber hinaus benötigen Lithium-Ionen-Batterien Schwermetalle wie Kobalt, Nickel, Mangan und Kupfer in ihren Kathoden, die die Ionen von der Anode abziehen, wenn sich die Batterie entlädt.

Die meisten Kobaltreserven der Welt befinden sich in der Demokratischen Republik Kongo, wo Lithiumminen routinemäßig Arbeiter ausbeuten, Wasserquellen verunreinigen und giftigen Staub und Partikel in die Luft freisetzen.

Abgesehen von ethischen Erwägungen birgt die Geopolitik ihre eigenen Herausforderungen. China dominiert den Markt mit 68 Prozent der weltweiten Kobaltraffinationskapazität, 72 Prozent der Lithiumraffinationskapazität und 83 Prozent der Lithium-Ionen-Produktionskapazität.

Diese Fallstricke veranlassen Wissenschaftler und Unternehmen gleichermaßen, nach alternativen Quellen für Batteriestrom zu suchen.

Einige Beispiele sind wässriges Zink, Flussbatterien und sogar Schwerkraft – das funktioniert durch die Umwandlung von kinetischer Energie in Elektrizität.

Aber es gibt ein billiges, reichlich vorhandenes und leicht verfügbares Material, das im Rennen um den Ersatz von Lithium als Hauptbestandteil in Batterien die Nase vorn hat.

Salz.

Betreten Sie Natrium

Jean-Marie Tarascon, Professor für Physik und Festkörperchemie am Collège de France, glaubt seit mindestens 15 Jahren an die Überlegenheit von Natrium.

Als Gründer und Direktor des Forschungsnetzwerks RS2E leitete er ein Team, das am Collège und an der Universität Picardie Jules Verne eine Natrium-Ionen-Batterie entwickelte – was angesichts der Tatsache, dass Verne in seinem Buch 20.000 Meilen unter dem Meer.

„Der Haupttreiber in meinem Fall war Nachhaltigkeit“, sagt Tarascon. „Im Jahr 2010 war es offensichtlich, dass die Welt Lithium-Ionen-Batterien einsetzen würde und uns diese Ressource ausgehen würde.“

„Die Entscheidung war, eine Alternative zu finden – deshalb sind wir zu Natrium übergegangen.“

Natrium-Ionen-Batterien haben ein ähnliches chemisches Verhalten wie Lithium-Ionen-Batterien, jedoch ohne die negativen Umweltauswirkungen, sagt Shan Zhang, eine Forscherin an der Chalmers University of Technology in Göteborg, Schweden.

„Der Herstellungsprozess ist ebenfalls ähnlich, was bedeutet, dass man die Produktionslinie nicht so stark testen muss“, fügt sie hinzu. „Man kann bestehende Produktionslinien verwenden und einige Anpassungen für die Salzbatterie vornehmen.“

Zhang sagt, dass Natriumbatterien auch sicherer sind als ihre Lithium-Pendants und bei extremen Temperaturen besser funktionieren.

Lithium-Ionen-Batterien waren für unzählige Brände verantwortlich, insbesondere für einen in einem Kalifornischen Batteriespeicherwerk Anfang dieses Jahres, der tagelang brannte und die Evakuierung von rund 1.200 Anwohnern auslöste.

Im Jahr 2024 leitete Zhang eine Studie, in der die zukünftigen Klimaauswirkungen verschiedener Arten von Salzbatterien untersucht wurden, wobei der Schwerpunkt auf den Kohlenstoffemissionen lag.

Ihr Team fand heraus, dass der Einsatz erneuerbarer Energien zur Herstellung von Batterien bis 2050 potenziell ihre Klimaauswirkungen um 43 bis 57 Prozent im Vergleich zu den Werten von 2020 reduzieren könnte.

„Die Klimaauswirkungen sinken, je weiter wir in die Zukunft gehen, von den Herstellungsprozessen über den Bergbau bis hin zu den vorgelagerten Prozessen“, sagt sie. „Es geschieht entlang der gesamten Produktionskette.“

Aber die in der Kathode verwendeten Chemikalien seien immer noch ein Problem, sagt sie, und müssten mit mehr Investitionen in die Forschung an Natrium-Ionen-Batterien angegangen werden.

Eine Nische finden

Was hält also eine größere Akzeptanz von Natrium-Ionen-Batterien auf? Es ist hauptsächlich der niedrige Preis von Lithium, der es wettbewerbsfähig mit Natrium hält.

Nachdem der Preis im November 2022 auf einen Rekordwert von 83.000 USD pro Tonne gestiegen war, ist der Preis für Lithium seitdem gefallen und erreichte letzten Monat mit nur 8.400 USD pro Tonne ein Tief, da sich Elektrofahrzeuge (EVs) langsamer als erwartet verkauften.

Ein weiteres Hindernis ist, dass Natrium weniger dicht ist als Lithium, was bedeutet, dass mehr Platz und Energie benötigt werden, um die gleiche Ladung zu halten.

Dies führt zu einer größeren, schwereren Batterie, was in Ihrem Auto oder in Ihrem Telefon beispielsweise weniger ideal ist.

Anstatt Lithium vollständig zu ersetzen, muss Natrium „seine Nischenanwendungen finden“, bei denen Volumen und Gewicht keine Rolle spielen, sagt Zhang.

Während Wissenschaftler weiterhin daran arbeiten, ihre Energiedichte zu verbessern, ist ein geeigneter Ort für Natrium-Ionen-Batterien stationäre Energiespeichersysteme, in denen Energie gespeichert und bei Bedarf entladen werden kann, um das Stromnetz auszugleichen.

Tatsächlich prognostiziert Bloomberg New Energy Finance (BNEF) derzeit einen Marktanteil von 15 Prozent für Natrium-Ionen-Batterien in der Energiespeicherung bis 2035, gegenüber 1 Prozent heute.

In den Vereinigten Staaten stellt das in Silicon Valley ansässige Unternehmen Natron Energy Natrium-Ionen-Batterien für den Einbau in Rechenzentren und Cloud-Computing-Unternehmen sowie für EV-Schnellladegeräte her.

Es hat kürzlich mit dem Bau eines neuen Werks im Wert von 1,4 Milliarden USD in North Carolina begonnen, was einer 40-fachen Kapazitätserhöhung entspricht.

Inzwischen stellt Faradion, eine Tochtergesellschaft von Indiens Reliance New Energy Ltd., in Großbritannien Natrium-Ionen-Batterien her für Transport, Speicherung und Notstromversorgung.

Und in Frankreich erfand TIAMAT, ein Unternehmen, für das Tarascon als wissenschaftlicher Berater tätig ist, die erste Natrium-Ionen-Batterie, die für den Einsatz in einem kommerziellen Produkt entwickelt wurde: ein schnurloser Akkuschrauber.

Letzten Monat unterzeichnete es einen Vertrag mit dem US-amerikanischen Technologieunternehmen Endeavour, um Batterien für KI-Rechenzentren herzustellen.

Auf Salz fahren

Der größte Anwender der Natrium-Ionen-Batterie ist jedoch China. Das Land dominiert bereits den Markt für Lithium-Ionen-Batterien, was ein Grund dafür ist, dass es den Wechsel problemlos vollzogen hat, sagt Zhang.

Chinesische Unternehmen haben bereits über 7,6 Milliarden USD in die Natrium-Ionen-Technologie investiert, wobei allein im Jahr 2024 27 neue Produktionsstätten angekündigt wurden.

Unternehmen wie Yadea, HiNa und Contemporary Amperex Technology (CATL) bauen sich nun einen Wettbewerbsvorteil auf dem globalen Natrium-Ionen-Batteriemarkt auf und machen einen weiteren großen Schritt in der sauberen Technologieindustrie des Landes.

Und im Gegensatz zu ihren westlichen Pendants bringen sie bereits Natrium-betriebene Fahrzeuge auf die Straße.

Yadea beispielsweise beginnt mit dem Verkauf von Elektromopeds, die mit Natrium betrieben werden, nach einem erfolgreichen Pilotprojekt mit 150.000 Essenslieferkurieren in Shenzhen.

Während diese Zweiräder nur eine Reichweite von etwa 70 Kilometern haben, hat der Hersteller Batteriewechselstationen gebaut, an denen Besitzer verbrauchte Batterien in weniger als einer Minute austauschen können, anstatt stundenlang auf das Aufladen warten zu müssen.

CATL, der weltweit größte Batteriehersteller für Elektrofahrzeuge und Energiespeicher, kündigte Anfang dieses Jahres einen Plan zur Massenproduktion von Natrium-Ionen-Batterien für Schwerlastkraftwagen und -autos unter einer neuen Marke namens Naxtra.

Elektrische Motorräder und Mopeds sind in China bereits allgegenwärtig, mit rund 55 Millionen verkauften allein im Jahr 2023.

Nun könnten die Vorstöße des Landes in Natriumbatterie-betriebene Fahrzeuge ein enormes Expansionspotenzial im globalen Süden schaffen, insbesondere in Asien und Afrika, sagt Kate Logan, Direktorin des China Climate Hub und Klimadiplomatin am US-amerikanischen Asia Society Policy Institute.

„Da die Nutzung von zwei- und dreirädrigen Fahrzeugen im globalen Süden konzentriert ist, werden diese Märkte von Anfang an noch wichtiger für die Gesamtstrategien chinesischer Unternehmen sein, anstatt von Faktoren wie Handelsspannungen und mangelndem Zugang zu Märkten des globalen Nordens getrieben zu werden“, erklärt sie.

Die Umstellung dieser Fahrräder und Trikes im Großhandel auf Elektroantrieb in den Märkten des globalen Südens wird sich erheblich auf die Emissionen und den Einsatz fossiler Brennstoffe auswirken, fügt sie hinzu.

Tarascon seinerseits sieht auch im globalen Norden in den nächsten zehn Jahren eine große Veränderung in der Größe der Autos kommen.

„Wir werden kleinere Autos in den Städten haben, mehr Taxis und mehr Kurzstreckenfahrzeuge, also wird die Natrium-Ionen-Batterie automatisch eine große Rolle spielen“, sagt er.

„Wenn ich in die Zukunft blicke, wird diese Technologie sicherlich verbessert werden, und ich denke, sie wird einen großen Teil des Marktes gewinnen, weil es eine riesige Nachfrage nach Batterieenergie gibt, und Lithium-Ionen kann das nicht alles schaffen.“