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07 Dez Fabrikplanung für die Batterieproduktion

Posted at 07:00h in Industriekomponenten, Trends der Woche by

Batteriezellen sind eine Schlüsselkomponente für die Elektromobilität und die Speicherung regenerativer Energie. Damit der stark wachsende Bedarf gedeckt werden kann, muss die Produktion in den nächsten Jahren hochgefahren werden. Um Risiken beim Errichten einer Gigafactory für die Batteriezellenproduktion zu reduzieren und die Inbetriebnahme zu vereinfachen, haben das Beratungs- und Planungsunternehmen 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 mit dem Titel ‚Anforderungsgerechte Fabrikplanung im Umfeld der Batterieproduktion‘ veröffentlicht worden.

Ganzheitliche Planung für komplexe Anforderungen

In dem Whitepaper wurde den Herausgebern zufolge 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 sei dabei die Optimierung in den vier Hauptkriterien Qualität, Kosten, Nachhaltigkeit und Anpassungsfähigkeit. Ein aktuelles Praxisbeispiel zeigt zudem, wie einzelne der entwickelten Werkzeuge angewandt und in ihrer Wirksamkeit validiert wurden.

Das Whitepaper geht unter anderem auf die Unterschiede zu konventionellen Fabriken ein: Im Vergleich zu den üblichen Fabrikplanungsprojekten können bei der Batteriezellenfertigung weitere Herausforderungen hinzukommen, beispielsweise mangelnde Erfahrung, komplexe Lieferketten, eine eingeschränkte Auswahl von Anlagenbauern und strenge regulatorische Anforderungen. Aber auch die dynamische Entwicklung der Marktanforderungen sowie der Produkt- und Produktionstechnologien könnte viel Expertise bei den zugehörigen Entscheidungsprozessen erfordern. Auch die Nachhaltigkeit würde eine große Rolle spielen, denn der Material- und Energiebedarf der Produktion mache derzeit einen Großteil des ökologischen Fußabdruckes einer einzelnen Batteriezelle aus, berichten die Experten im Whitepaper.

Die verschiedenen Phasen der Fabrikplanung für die Batterieproduktion. Bild: Metroplan

 

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.“ Deshalb müsse bei der Planung dementsprechend viele komplexe Abhängigkeiten berücksichtigt werden, betont Göke.

Hoher Batteriebedarf in den kommenden Jahren

Aktuelle Studien gehen nach Angaben des Whitepapers entsprechend von einem weltweiten jährlichen Batteriebedarf von bis zu 5500 Gigawattstunden (zum Beispiel Quellen: Solid-State Battery Roadmap 2035+ und ISI Umfeldbericht zum europäischen Innovationssystem Batterie 2022) 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. „Vor dem Hintergrund der Energiewende und Transformation zur Elektromobilität wird für die Batteriebranche sowohl abnehmer- als auch anbieterseitig ein enormes Marktwachstum prognostiziert“, erläutert 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.“

Whitepaper zur Planung und Realisierung von Batteriefabriken. Bild: Metroplan

 

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