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Klimawandel

Batterien als Querschnittstechnologie

Ob in Elektroautos oder als stationäre Speicher im Stromnetz: Ohne Batterien kann auch in Japan die Energiewende nicht gelingen. Das Ziel ist der Ausbau der Wertschöpfungskette.

Von Jürgen Maurer | Tokyo

  • Nachfrage nach Batteriematerialien wächst

    Japans Chemiefirmen erhöhen ihr Angebot an Batteriewerkstoffen. Denn weltweit entstehen umfangreiche Produktionskapazitäten für Elektrofahrzeug-Akkumulatoren.

    Japan will die Versorgung mit Kathoden, Anoden, Elektrolyten und Separatoren ausbauen. Sie sind Kernelemente für die Entwicklung von energieeffizienten, leistungskräftigen Akkumulatoren für Elektrofahrzeuge (Electric Vehicles, EV). Die Ziele sind: ausreichend Werkstoffe zur Verfügung zu stellen, Kunden hochwertiges Batteriematerial zu liefern und die Dekarbonisierung voranzubringen. Nicht zuletzt gilt es, dem Wettbewerb, insbesondere aus China und Südkorea, zu begegnen.

    In vielen Ländern Europas, in den USA, in Südkorea und auch in China steht in den kommenden Jahren ein massiver Kapazitätsaufbau von EV-Batterien an. Umfangreiche Investitionen sollen daher in neue Batteriefabriken fließen. Diese sind auf die Zulieferung von Werkstoffen angewiesen. In Japan selbst wird die Batteriebranche ebenfalls gestärkt; etwa auch von Panasonic.

    Japanische Lieferanten bauen Kapazitäten aus

    Die Nachfrage nach Batteriematerialien wird stark zulegen. Daher hat etwa Sumitomo Chemicals angekündigt, seine Separator-Produktion für Lithium-Ionen-Batterien zu erhöhen. Diese Separatoren werden in der neuesten Batteriegeneration von Panasonic verwendet. Sumitomo Chemical will ebenfalls die Kapazität im südkoreanischen Werk von gegenwärtig 400 Millionen Quadratmetern bis 2024 auf 600 Millionen Quadratmeter steigern.

    Der Chemiekonzern Asahi Kasei arbeitet daran, die Produktionskapazität seiner Nassprozessabscheider in seinen japanischen Fabriken 2022 und 2023 deutlich anzuheben. In den Werken in Hyuga (Präfektur Miyazaki) und in Moriyama (Präfektur Shiga) ist bis Ende 2023 die Kapazitätsverdoppelung auf etwa 1,35 Milliarden Quadratmeter vorgesehen. Asahi Kasei plant zudem, sein Angebot an Batteriewerkstoffen in Europa und Nordamerika mit Vor-Ort-Produktionen zu erhöhen.

    Diesem Trend folgen auch andere japanische Hersteller, wie Mitsubishi Chemical, Tokai Carbon und Toray. Sie alle haben Pläne, ihre Erzeugungskapazitäten in den USA und Europa auf- und auszubauen. Hintergrund ist, dass die Regierungen in Europa und in den USA Lieferketten diversifizieren und lokale Produktionskapazitäten stärken wollen. Dies gilt ebenso für Japan. Hier hat die Regierung eine Batteriestrategie formuliert und ein Budget von rund 880 Millionen US-Dollar (US$) genehmigt. Dieses Paket soll die Entwicklung der Branche in Japan beschleunigen.

    Staat unterstützt Batteriebranche

    Im Rahmen dieser Strategie erhalten Unternehmen, die in die Batterieproduktion in Japan investieren, finanzielle Unterstützung. Dazu zählen auch Hersteller von Batteriewerkstoffen. In der ersten Runde haben Spezialitätenanbieter wie Asahi Kasei (Separatoren), Shin Etsu Chemical (Anoden), MU Ionic Solutions (Elektrolyte) oder UACJ Foil (Aluminium-Folie) eine Zusage erhalten.

    Auch für Forschung und Entwicklung erhalten Unternehmen Gelder. Dies ist Teil des Green Innovation Funds, dessen Projekte die New Energy and Industrial Development Organization (NEDO) koordiniert. Hierbei geht es konkret um Bestrebungen, die Leistungsfähigkeit von Batterien, insbesondere von Festkörperbatterien, zu erhöhen. Zudem gilt es, den Einsatz kostspieliger Materialien wie Kobalt einzusparen und die Produktion von Batteriewerkstoffen möglichst emissionsarm zu gestalten.

    So erhalten beispielsweise Sumitomo Metal Mining für Hochleistungsanodenwerkstoffe und Osaka Soda für leitungsfähige Polymere für Anodenmaterial der nächsten Generation Projektunterstützung. Mit Fokus auf Produktionsverfahren will der Vakuumspezialist Ulvac die Herstellung von Lithium-Metall-Anoden verbessern und das Energieunternehmen Idemitsu die Massenproduktion schwefelbasierter fester Elektrolyte vorbereiten.

    Innovative Lösungen sind gefragt

    Einen Weg zu emissionsärmerer Produktion hat Asahi Kasei offensichtlich schon gefunden: Abgeschiedenes Kohlendioxid aus dem Produktionsprozess wird demnach eingesetzt, um Werkstoffe für Lithium-Ionen-Batterien herzustellen. Die dadurch erzeugte Elektrolytlösung soll bis zu 50 Prozent des Kohlendioxids binden. Das Unternehmen bietet diese Technologie in Lizenz an. Sie sollte auf hohe Nachfrage stoßen, da die gesamte Automobilbranche ihre CO2-Abdrücke deutlich verringern muss.

    Japans Batteriestrategie zielt darauf ab, neue Batteriematerialien zu entwickeln, um die Dominanz von chinesischen Herstellern zu verringern. Insbesondere der Einsatz von Rohstoffen, deren Lieferung von nur wenigen Quellen abhängt, soll gesenkt werden. Daher wird beispielsweise an Sodium-Ionen-Batterien geforscht. Auf absehbare Zeit führt allerdings an Lithium als Basiselement kaum ein Weg vorbei.

    Innovationen, Patente und Standards spielen für die künftige Wettbewerbsfähigkeit eine erhebliche Rolle. Japanische Firmen sind bei Patenten für neue Technologien, etwa bei Festkörperbatterien, gegenwärtig führend. Toyota, Panasonic und TDK nehmen bei Patentanmeldungen laut einer Untersuchung der Wirtschaftszeitung Nikkei und dem Forschungsinstitut Patent Result die ersten drei Plätze im internationalen Ranking ein. Unter den ersten zehn Patentanmeldern befinden demnach insgesamt sechs japanische Firmen.

    Neuer Verband für Batterielieferkette

    Japan will auch bei der Formulierung von Standards mitreden und einen fairen internationalen Wettbewerb ermöglichen. Um die Wertschöpfungsketten zu stärken, haben sich in Japan über 100 Unternehmen im April 2021 in einem spezialisierten Verbund zusammengefunden, der Battery Association for Supply Chain (BASC). Die BASC hat Ende Juni 2022 angekündigt, auf die Mitformulierung von Standards, insbesondere für Batteriematerialien, einwirken zu wollen.

    Gegenwärtig hat China durch seine führende Präsenz in der International Standardization Organization (ISO) großen Einfluss, was Lithium-Standards anbelangt. Als einem der größten Erzeuger und Verarbeiter des Seltene-Erde-Elements kommt dies der chinesischen Batterieindustrie zugute. Batteriematerial wird gegenwärtig hauptsächlich in China erzeugt, wo auch der Löwenanteil an Lithium-Ionen-Batterien produziert wird.

    Von Jürgen Maurer | Tokyo

  • Batteriewettbewerb gewinnt an Intensität

    Japan will die Batterieproduktion für Elektrofahrzeuge stärken. Der Kapazitätsausbau erfolgt auf dem Archipel wie auch global.  

    Im Wettbewerb um Batterien für die elektromobile Zukunft will Japan einen Gang hochschalten. Dabei sind Hochleistungsbatterien, wie sie elektrische Fahrzeuge (Electric Vehicle, EV) benötigen, ein entscheidender Faktor. Deren Produktion soll sowohl global als auch in Japan gestärkt werden. Die Regierung unterstützt dies finanziell.

    Laut Zahlen der International Energy Agency (IEA) sind die weltweiten Verkäufe von Elektrofahrzeugen – ohne Hybridantriebe – im Jahr 2021 um 220 Prozent auf 6,6 Millionen Einheiten gestiegen. Die Energieagentur prognostiziert, dass die Verkäufe im Jahr 2030 über 30 Millionen Einheiten erreichen, angeführt von EV-Anbietern aus China, Europa und den USA. Die japanischen Kfz-Hersteller spielen gegenwärtig bei den weltweiten EV-Verkäufen nur eine Nebenrolle.

    Japan bläst zur Aufholjagd

    Daher setzen Japans Automobilunternehmen zur Aufholjagd an. Allein oder mit Partnern wollen sie die elektromobile Transformation und die damit zusammenhängende Batterieversorgung sicherstellen.

    Toyota hat angekündigt, im Jahr 2030 weltweit Verkäufe von 3,5 Millionen vollelektrischer Autos anzupeilen, plus weiteren 1 Million Einheiten bei seiner Luxusmarke Lexus. Subaru als ein Kooperationspartner von Toyota plant, ab 2030 alle neuen Fahrzeuge weltweit nur noch mit Elektroantrieb anzubieten. Der Kfz-Hersteller Honda hat das Ziel formuliert, bis 2030 etwa 30 Elektromodelle in der Angebotspalette zu haben, einige davon in Kooperation mit dem US-Partner GM.

    Vor dem Hintergrund schlechter Absatzentwicklung will Nissan mit seinen Partnern Renault und Mitsubishi im Herbst 2022 eine überarbeitete Elektrostrategie vorstellen. In der "Nissan Ambition 2030" hat das Unternehmen bereits angekündigt, die weltweite Erzeugungskapazität für EV-Batterien zwischen den Fiskaljahren 2026 und 2030 von 52 auf 130 Gigawattstunden auszubauen.

    Japans Know-how ist umfangreich

    Nissan hat eine eigene Lithium-Ionen-Batterie entwickelt, die ohne den teuren Rohstoff Kobalt auskommt. Zudem will das Unternehmen im Fiskaljahr 2024 (1. April bis 31. März) mit einer selbst entwickelten Feststoffkörperbatterie in Japan in die Pilotproduktion starten. Damit zielt das Unternehmen darauf, die Kosten pro Kilowattstunde bis zum Fiskaljahr 2028 auf 75 US-Dollar (US$) zu senken.

    Nissan hat relativ früh Erfahrung mit einer eigenen Batterieproduktion gesammelt - hauptsächlich bei seinem EV-Modell Leaf. So ist der heute Envision AESC genannte Batteriezellhersteller aus der Kooperation von Nissan mit dem japanischen Tech-Konzern NEC entstanden. Envision AESC ist seit 2019 mehrheitlich in chinesischer Hand und baut seine Stellung als Lieferant auch für andere Kfz-Anbieter aus.

    Bis 2025 soll die Fremdbelieferung auf 50 Prozent steigen. So gehören Honda und Mercedes-Benz zu den zukünftigen Abnehmern. Dazu baut Envision AESC seine Produktion in den USA aus und investiert hierfür 2 Milliarden US$, wie im April 2022 angekündigt. Zudem sollen auch in Japan neue Kapazitäten entstehen. Laut einer Pressemeldung vom Sommer 2021 sind hierfür Investitionen von rund 400 Millionen US$ eingeplant.

    Batterie-Lieferbeziehungen der größten Kfz-Hersteller Japans

    Hersteller

    Batterielieferanten

    Partner

    Toyota

    Prime Planet 1)

    Primearth EV Energy 2)

    Toyota Industries

    CATL, BYD, GS Yuasa, Toshiba

    Daihatsu, Suzuki (Mini-Kfz)

    Subaru (bZ4X, Solterra)



    Honda

    GM (für Nordamerika)

    CATL (für China)

    Envision AESC (für Japan)

    Blue Energy 3)

    GM




    Nissan

    Envision AESC

    CATL

    Renault

    Mitsubishi Motor

    1) Prime Planet Energy & Solutions (gegründet von Toyota und Panasonic 2020); 2) Primearth EV Energy (gegründet von Toyota und Panasonic 1996); 3) Blue Energy (gegründet von Honda and GS Yuasa 2009) Quelle: Nikkan Kogyo Shimbun 2022; Unternehmens-Webseiten 2022; GTAI-Recherche 2022

    Produktionskapazitäten hinken hinterher

    Unter den japanischen Batterieherstellern für Elektrofahrzeuge ist Panasonic der wichtigste Treiber. Panasonic Energy, die Batterietochter des Elektronikherstellers, hat Anfang Juni 2022 angekündigt, die Produktionskapazität bis zum Fiskaljahr 2028 gegenüber 2021 zu vervielfachen. Der Bedarf der weltweit größten Kunden, wie Tesla und Toyota, ist hoch. Daher erweitert Panasonic seine Kapazität in der Batteriezellerzeugung in ausländischen Werken wie auch in seinem japanischen Werk in der Präfektur Wakayama.

    In Kooperation mit Panasonic befindet sich auch Toyota im Rennen um die ersten kommerziellen Festkörperakkumulatoren für den Einsatz in Elektrofahrzeugen. Diese nächste Generation von Batterien soll ohne flüssige Elektrolyte auskommen und mehr Sicherheit, schnellere Ladezeiten und eine längere Betriebsdauer ermöglichen. Toyota will ab 2025 die ersten Modelle mit Festkörperbatterien ausstatten.

    Subaru hat im Mai 2022 bekannt gegeben, in Japan eine neue Fabrik speziell für Elektrofahrzeuge und entsprechende EV-Batterien zu errichten. Dafür sind Investitionen von 1,9 Milliarden US$ vorgesehen. Die Produktion wird neben dem Stammwerk in der Präfektur Gunma entstehen und 2027 den Betrieb aufnehmen. Sie soll sowohl für Subaru-Modelle als auch für die Fertigung anderer Marken offen sein.

    Auch das im Batteriemarkt neue Unternehmen PowerX setzt auf Japan als Produktionsstandort. Die japanische Firma will laut Meldung vom 23. Juni 2022 eine völlig neue Fabrik mit einer Kapazität von 5 Gigawattstunden in Tamano, in der Präfektur Okayama, errichten. Dort sollen ab 2024 Batteriezellen erzeugt werden.

    Staat unterstützt neue Batteriewerke

    Beim Kapazitätsaufbau von Batteriezellen in Japan können Unternehmen auf finanzielle Unterstützung der Regierung setzen. Denn ausreichende Batterielieferungen für Elektrofahrzeuge sind eine der wichtigsten Voraussetzungen, um sicherzustellen, dass die Kfz-Industrie auf dem Archipel weiter eine relevante Rolle spielt. Dies wird in einem Strategiepapier des Ministry of Economy, Trade and Industry (Meti) zur Entwicklung der Batterieindustrie vom April 2022 konkretisiert.

    In Japan soll bis 2030 eine Produktionskapazität in der Größenordnung von 150 Gigawattstunden aufgebaut werden. In weltweiten Standorten wird das Ziel von 600 Gigawattstunden angestrebt, was einem Anteil am globalen Markt von 20 Prozent entsprechen soll.

    Japan hat zwischen 2015 und 2020 bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren für den Automobilbereich an Marktanteilen stark eingebüßt. Laut dem Wirtschaftsforschungsunternehmen Fuji Keizai ist der globale Anteil in diesem Zeitraum um etwa die Hälfte auf circa 21 Prozent gesunken. Chinesische und südkoreanische Batteriehersteller haben japanische Pioniere, vor allem Panasonic, bei den Kapazitäten für herkömmliche EV-Lithium-Ionen-Batterien überholt.

    Von Jürgen Maurer | Tokyo

  • Stationäre Speichersyteme treffen auf Nachfrage

    Japans Bedarf an stationären Speichersystemen wird aufgrund der Dekarbonisierungsbestrebungen abheben. Es gibt viel Raum für die Projektentwicklung, auch für ausländische Anbieter.

    Der Ausbau großer stationärer Batterieeinheiten ist ein wichtiger Bestandteil der aktuellen Energiepolitik Japans. Die Regierung peilt für erneuerbare Energien bis 2030 einen Anteil von 36 Prozent bis 38 Prozent an der Energieerzeugung an. Dabei werden insbesondere Solar- und Windenergie als Energiequellen an Gewicht gewinnen. Aufgrund deren natürlichen Schwankungen ist eine Zwischenspeicherung von Spitzenlasten erforderlich, um die Stromnetze nicht zu überlasten.

    Japans Regierung hat Mitte Mai 2022 eine Gesetzesänderung verabschiedet, die sich diesem Aspekt widmet. Sie heißt: "Bill for the Act of Partial Revision of the Act on the Rationalization etc. of Energy Use and Other Acts in Order to Establish Stable Energy Supply and Demand Structure". Dieses Gesetz tritt am 1. April 2023 in Kraft. Unter anderem verpflichtet es die Stromnetzbetreiber, ihre Infrastruktur für die Anbieter von Energiespeichersystemen zu öffnen.

    Marktvolumen kann sich vervielfachen

    Da alle größeren Projekte auf erneuerbarer Energiebasis mit stationären Speichereinheiten ausgestattet werden sollen, ist ein hoher Bedarf an Batteriesystemen zu erwarten. Laut Japan Electrical Manufacturers' Association betrug in Japan die gelieferte Kapazität von stationären Speichereinheiten auf Lithium-Ionen-Basis im Fiskaljahr 2020 ungefähr 885 Megawatt (MW). Hinzu kommen andere Speichertechnologien, wie Redox-Flow- oder Salzwasserbatterien.

    Jedoch sind deren Installierungskosten noch relativ hoch. Um den Übergang zu erneuerbaren Energien zu beschleunigen, bietet die Regierung den Nutzern von Batteriesystemen finanzielle Unterstützung. Bis Mitte April 2022 hatten 13 Unternehmen, darunter ENEOS, Orix/Kansai Electric und NTT Anode Energy, Finanzierungszusagen erhalten, so die Sustainable Open Innovation Initiative.

    Ausländische Anbieter positionieren sich

    Der Preis für die Speichereinheiten spielt für die Kunden eine große Rolle. Aufgrund der bestehenden Produktionskapazitäten und Erfahrungen in den USA und in China sind die Kostenstrukturen der ausländischen Anbieter günstiger als die japanischer Hersteller, wie Panasonic, Mitsubishi Power oder Sumitomo Electric.

    So hat sich Tesla als ein Lieferant für solche großen Batterien in Japan etabliert. Die chinesische Huawei Technologies plant 2022, in den japanischen Markt für große Speicher einzutreten. Beide Konzerne bieten zudem kleinere Batteriesysteme für Haushalte an. Auch andere ausländische Anbieter sehen wachsendes Potenzial in Japan.

    Japan hat großes Batterie-Know-how

    Dies bedeutet jedoch nicht, dass japanische Hersteller nicht weiter im Markt bestehen können. Sumitomo Electric hat im April 2022 auf der nördlichen Insel Hokkaido eine 17 MW-Energiespeicheranlage auf Basis einer Vanadium-Flüssigbatterie fertiggestellt. Diese wird die lokale Einspeisung von Windenergie ins Netz unterstützen. Es ist die zweite Anlage dieser Art von Sumitomo Electric in Hokkaido. Das erste 15 MW-Projekt wurde 2015 in Auftrag gegeben.

    Japanische Anbieter sind durchaus auch international aktiv. Nicht zuletzt hat Mitsubishi Power im Juni 2022 gemeldet, für das irische Unternehmen ION Renewables bis zum Jahr 2024 vier Energiespeichersysteme aufzubauen. Diese sollen eine Gesamtkapazität von rund 186 MW umfassen und helfen, das irische Stromnetz zu stabilisieren.

    Batterieindustrie erhält Unterstützung

    Fakt ist jedoch, dass Japan im Batteriemarkt in den vergangenen Jahren Marktanteile verloren hat. Denn Länder wie China und Südkorea haben hohe Investitionen und Subventionen in die Batteriebranche fließen lassen und technologisch aufgeholt. Daher will die japanische Regierung die einheimische Batterieindustrie unterstützen, um die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien wie auch anderer Speichersysteme auszubauen und ausreichend Vorerzeugnisse für deren Produktion zu sichern.

    Energiespeicher spielen für die Umsetzung der Dekarbonisierung, die Japan bis 2050 anvisiert hat, eine zentrale Rolle. Der Ausbau von erneuerbaren Energien wie auch die Elektromobilität mit neuen Arten von nicht-fossilen Antrieben erhöhen den Bedarf an effizienten Batterien. Nicht zuletzt ist die Absicherung kritischer Infrastruktur ein wichtiges Einsatzgebiet für Speichereinheiten.

    Japan baut eigene Produktionsbasis aus

    Das Ministry of Economy, Trade and Industry (Meti) hat im April 2022 ein Strategiepapier zur Entwicklung der Batterieindustrie auf dem Archipel veröffentlicht. Darin wird das Ziel formuliert, bis 2030 in Japan eine Produktionskapazität von Speichereinheiten aufzubauen, die eine Strommenge von 150 Gigawattstunden (GWh) aufnehmen sollen. In weltweiten Produktionsstandorten wird eine Speicherkapazität von 600 GWh angestrebt, was einem globalen Marktanteil von 20 Prozent entsprechen soll.

    In Japan steigt die Produktion von Batterien vor allem im vorherrschenden Lithium-Ionen-Segment. Praktisch alle Marktforschungsinstitute sagen für stationäre wie auch Fahrzeugbatterien zweistellige Wachstumsraten für das laufende Jahrzehnt voraus. Abgesehen von Lithium-Ionen werden auch andere Technologien zukünftig ausgebaut, zumal der Wettbewerb um die erforderlichen Rohstoffe immer intensiver wird.

    Investitionen angekündigt

    Das japanische Unternehmen PowerX setzt auf den Archipel als Produktionsstandort für Batterien. Die Firma will laut Meldung vom 23. Juni 2022 eine völlig neue Fabrik mit einer Speicherkapazität von 5 GWh in Tamano, in der Präfektur Okayama, errichten. Dort sollen ab 2024 sowohl stationäre Speichersysteme als auch Batterien für Fahrzeuge erzeugt werden und zudem Forschung und Entwicklung erfolgen. Bislang hat PowerX keine Batterieproduktion.

    Auch Panasonic, einer der größten Batteriehersteller Japans, wird in Japan investieren. Wie das Unternehmen 2022 ankündigte, will es die Erzeugungskapazität für EV-Batterien bis zum Fiskaljahr 2028 deutlich erhöhen. Dafür baut Panasonic unter anderem auch die Produktion im Werk in der Präfektur Wakayama aus. Hier sollen neue Hochleistungsbatterien entstehen.

    Von Jürgen Maurer | Tokyo

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