Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB
Fraunhofer FFB und Metroplan entwickeln Methodensatz zur anforderungsgerechten Fabrikplanung im Umfeld der Batterieproduktion
Münster/Hamburg. Der exponentiell wachsende Bedarf an Batteriezellen , die eine Schlüsselkomponente für die Elektromobilität und die Speicherung regenerativer Energie darstellen, kann nur gedeckt werden, wenn die Produktion in den nächsten Jahren hochgefahren wird. Doch die Errichtung einer Gigafactory stellt die Fabrikplanung vor besondere Herausforderungen. Um Risiken zu reduzieren und die Inbetriebnahme zu vereinfachen, haben Metroplan und die Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB einen Methodensatz zur anforderungsgerechten Planung und Realisierung von Batteriefabriken entwickelt. Die zentralen Kernbotschaften aus diesem Entwicklungsprozess sind nun in einem gemeinsamen Whitepaper veröffentlicht worden.
Dafür wurde der Entstehungsprozess einer Batteriefabrik von der Standortsuche bis hin zum stabilen Produktionsbetrieb in vier Hauptphasen aufgeteilt, für die jeweils die Kernherausforderungen identifiziert und dedizierte Lösungsansätze beschrieben werden. Ziel ist dabei stets die Optimierung in den vier Hauptkriterien Qualität, Kosten, Nachhaltigkeit und Anpassungsfähigkeit. Abgerundet wird die Publikation mit dem Titel »Anforderungsgerechte Fabrikplanung im Umfeld der Batterieproduktion« durch ein aktuelles Praxisbeispiel, in dem einzelne der entwickelten Werkzeuge angewandt und in ihrer Wirksamkeit validiert wurden.
Matthias Göke, Geschäftsführender Gesellschafter bei Metroplan veranschaulicht die Bedeutung: »Bei der Produktion von Batterien gibt es sehr komplexe Material- und Prozessanforderungen, die sich unter anderem in einer stark regulierten Produktionsumgebung mit Rein- und Trockenräumen und in der Separierung von Logistik- und Lagerstrukturen widerspiegeln. Bei der Planung müssen dementsprechend viele komplexe Abhängigkeiten berücksichtigt werden.«
Im Vergleich mit konventionellen Fabrikplanungsprojekten kommen bei der Batteriezellfertigung weitere Herausforderungen wie etwa mangelnde Erfahrung, komplexe Lieferketten, eine eingeschränkte Auswahl von Anlagenbauern und strenge regulatorische Anforderungen hinzu. Aber auch die dynamische Entwicklung der Marktanforderungen sowie der Produkt- und Produktionstechnologien erfordert viel Expertise bei den zugehörigen Entscheidungsprozessen. Auch die Nachhaltigkeit spielt eine große Rolle, denn der Material- und Energiebedarf der Produktion macht derzeit einen Großteil des ökologischen Fußabdruckes einer einzelnen Batteriezelle aus.
»Vor dem Hintergrund der Energiewende und Transformation zur Elektromobilität wird für die Batteriebranche sowohl abnehmer- als auch anbieterseitig ein enormes Marktwachstum prognostiziert«, erläuutert Professor Achim Kampker, einer der Institutsleiter der Fraunhofer FFB. »Je nach Prognose können wir bis 2030 mit bis zu einer Verzehnfachung der aktuellen Produktionskapazitäten rechnen. Zeitgleich zu diesem ambitionierten Wachstum gibt es bei der Planung und Realisierung der zugehörigen Produktionsstätten zahlreiche fachspezifische Herausforderungen.«
Aktuelle Studien gehen entsprechend von einem weltweiten jährlichen Batteriebedarf von bis zu 5.500 Gigawattstunden[1] im Jahr 2040 aus (zum Vergleich 2021: 250 GWh). Dies entspräche einem Marktvolumen von rund 500 bis 600 Milliarden Euro im Jahr 2040 bei einem weiteren starken Marktwachstum in den Folgejahren. Um diesen enormen Bedarf an Batteriezellen zu decken, entstehen derzeit an vielen Orten in Europa, Asien und Nordamerika neue, große Batteriezellfabriken.
In dem Whitepaper »Anforderungsgerechte Fabrikplanung im Umfeld der Batterieproduktion“ haben Metroplan und die Fraunhofer FFB ihre Kompetenzen in der Fabrikplanung mit Spezialwissen im Bereich der Batteriezellfertigung gebündelt. Unternehmen mit Bezug zur Batterieproduktion erhalten somit einen Überblick zu den Lösungsansätzen und Unterstützungsmöglichkeiten, welche die beiden Partner zur ganzheitlichen Planung und Realisierung neuer Batteriefabriken anbieten. So erhalten Bauunternehmen und Batteriezellproduzenten eine effiziente und nachhaltige Lösung, die auf ihre jeweiligen Bedürfnisse zugeschnitten ist.
[1] Z. B. Solid-State Battery Roadmap 2035+ (fraunhofer.de) und ISI Umfeldbericht (fraunhofer.de)
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