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Dec 28, 2023

Mangel an Elektrofahrzeugbatterien: Der Markt wird heißer

Während die Welt beim Übergang zu Elektrofahrzeugen einen Gang höher schaltet, ist die

Während sich die Welt verändert Nachdem das Unternehmen beim Übergang zu Elektrofahrzeugen einen Gang höher gefahren ist, ist die Nachfrage nach Batterien auf den wichtigsten Automobilmärkten in Europa und den Vereinigten Staaten sprunghaft angestiegen. Automobil- und Batteriehersteller stehen vor einer schwierigen Zeit der Unsicherheit in der Batterielieferkette, und viele entscheiden sich für den Bau eigener Batterie-Gigafabriken oder die Gründung von Joint Ventures, um dem Versorgungsengpass zu begegnen.

Es wird erwartet, dass die Nachfrage bis 2030 weltweit um etwa 30 Prozent auf annähernd 4.500 Gigawattstunden (GWh) pro Jahr wachsen wird, und die Batterie-Wertschöpfungskette wird sich zwischen 2020 und 2030 voraussichtlich um das Zehnfache steigern, um einen ebenso hohen Jahresumsatz zu erreichen als 410 Milliarden US-Dollar.1Nicolò Campagnol, Alexander Pfeiffer und Christer Tryggestad, „Capturing the Battery Value-Chain Opportunity“, McKinsey, 7. Januar 2022. Im Jahr 2030 werden voraussichtlich 40 Prozent der Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien aus China kommen ( Ausstellung 1). Die Prognose deutet auf eine gleichmäßige Aufteilung zwischen den beiden häufigsten Chemikalien hin: Lithiumeisenphosphat (LFP) und Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (NMC). Ungefähr 90 Prozent der Nachfrage werden aus Mobilitätsanwendungen stammen – vor allem aus Elektrofahrzeugen (EVs). Insgesamt hat das Wachstum ein beispielloses Maß an Investitionen ausgelöst, die Batteriehersteller richtig tätigen müssen, um wettbewerbsfähig zu bleiben, während andere Branchen die gleichen knappen Ressourcen nutzen.

Diese Geschwindigkeit bei der Skalierung neuer Technologien führt zu erheblichen Herausforderungen: unter anderem Arbeitskräfte- und Materialmangel, Verzögerungen beim Bau von Gigafabriken zur Produktion von Batterien in großem Maßstab und Wettbewerb um Ressourcen in der Lieferkette. Tatsächlich besteht die Gefahr, dass die Batterielieferkette mit einer Situation konfrontiert wird, die der aktuellen Knappheit bei Halbleiterchips ähnelt, bei der das Nachfragewachstum die Kapitalinvestitionen in neue Lieferungen übersteigt. Darüber hinaus werden Umwelt-, Sozial- und Governance-Faktoren (ESG) eine wichtigere Rolle spielen – was eine weitere Reihe von Problemen aufwirft, mit denen sich Unternehmen befassen müssen.

Die Situation ist schwierig und neu. Dennoch bietet es erhebliche Wachstumschancen entlang der Wertschöpfungskette für diejenigen, die sich dafür entscheiden, die anstehenden Probleme anzugehen und ihren Einstieg in den Markt für Elektrofahrzeugbatterien zu beschleunigen. Es gibt drei Haupttypen dieser Akteure: etablierte Batteriehersteller, die ihre Geschäftstätigkeit ausweiten, Automobil-OEMs, die in den Markt einsteigen, um ihre Ambitionen im Bereich Elektrofahrzeuge zu unterstützen, und kleinere Neueinsteiger, die disruptive Technologien nutzen.

Dieser Artikel konzentriert sich auf drei Schlüsselmaßnahmen zur Verhinderung oder Reaktion auf Engpässe bei Elektrofahrzeugbatterien: Industrialisierung und Skalierung von Gigafabriken, Strategien zur Suche und Bindung von Talenten und Aufbau einer robusten und effizienten Lieferkette.

Die meisten OEMs und Batteriehersteller haben Gigafabriken gebaut oder planen den Bau, um Lithium-Ionen-Batterien in großem Maßstab herzustellen, entweder unabhängig oder über Joint Ventures, doch die Entwicklung von Gigafabriken ist eine Herausforderung. Selbst die erfahrensten Batteriehersteller erleben häufig Verzögerungen beim Produktionsstart von neun Monaten oder mehr. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit eines Projekts. Beispielsweise hat jeder Tag Produktionsausfall bei einer 50-GWh-Anlage unmittelbare Kostenauswirkungen von rund 4 Millionen US-Dollar. Ein einmonatiger Produktionsausfall kann den Gewinn um etwa 120 Millionen US-Dollar schmälern und die jährliche Marge im ersten Jahr um 2,5 Prozentpunkte senken – eine Auswirkung von 220 US-Dollar pro Fahrzeug.2Russell Hensley, Kevin Laczkowski, Timo Möller und Dennis Schwedhelm, „Can the Automotive Industry schnell genug skalieren?“, McKinsey, 12. Mai 2022.

Sobald die Anlagen ans Netz gehen, betragen die Erträge im ersten Jahr oft nur noch etwa 60 Prozent der Nennkapazität, wobei die Verluste gleichmäßig auf unerwartet hohe Ertragsverluste und Maschinenstillstandszeiten zurückzuführen sind. Auch Qualitätsprobleme bei der Batterieherstellung stellen eine Herausforderung sowohl für den Ruf als auch für die Finanzen dar; Beispielsweise könnte der Rückruf von Batterien für 100.000 Fahrzeuge aus einem Gewinn von 5 Prozent aufgrund von Umsatzeinbußen und Erstattungskosten einen Nettoverlust von mehr als 150 Prozent machen.

Best Practices zur Bewältigung dieser Herausforderungen konzentrieren sich auf drei entscheidende Bausteine: Fabrikdesign, Optimierung des Bauzeitplans sowie Governance- und Leistungsmanagementstrukturen.

Um Flexibilität zu schaffen, könnten Unternehmen Fabrikentwürfe in Betracht ziehen, die möglichst modularisiert sind und vorgefertigte komplexe Fabrikkomponenten umfassen. Unternehmen könnten auch das Standardfabrikdesign an die lokalen Designstandards für Batterieanlagen anpassen und Platz (z. B. Reinraumvolumen) und Kosten optimieren.

Ein Fabriklayout, das auf einem einfachen Prozessablauf basiert, kombiniert mit einer erheblichen Reduzierung des Materialtransports, könnte die Betriebskosten und die Produktionszeit weiter senken. Die Neubetrachtung der verschiedenen Produktionsprozesse nicht als separate Bereiche, sondern als Teile, die nahtlos zusammenpassen, könnte ebenfalls dazu beitragen, die Designeffizienz zu steigern. Wenn ausreichend Platz für zusätzliche Kapazitäten vorgesehen wäre, könnten später umfangreiche Fabrikumgestaltungen vermieden werden.

Sobald ein Entwurf fertiggestellt ist, muss ein robuster, vollständig optimierter Bauplan entwickelt werden, damit die Fabrik ohne Verzögerungen und zusätzliche Kosten gebaut werden kann. Eine grundlegende Aufgabe des Bau- oder Projektabwicklungsteams besteht darin, die kritischen Produktionswege der Ausrüstung nicht zu behindern. Im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsumgebungen ist die Lieferung und Inbetriebnahme von Batterieproduktionsanlagen wesentlich komplexer. Die Arbeitskräftenachfrage könnte je Projektphase anhand des lokalen Angebots prognostiziert werden, um Engpässe vorherzusagen und den Zeitplan entsprechend anzupassen, wodurch das Ausmaß und die Auswirkungen eines verringerten Arbeitskräfteangebots begrenzt würden. Modernste und KI-gesteuerte Planungssoftware könnte dabei helfen, optimale Pfade zu ermitteln, beispielsweise die Lastverteilungskapazität verschiedener Gewerke auf der Baustelle, und könnte Aktualisierungen planen, sobald neue Informationen verfügbar sind.

Der Schlüssel zu einer effektiven Bauplanung ist die Koordination zwischen Fabrikdesigningenieuren und Basisbauarbeitern – unter Verwendung eines integrierten digitalen Zwillings der Fabrik zur Unterstützung von Ideen und Maßnahmen. Kritische Wege könnten verkürzt werden, indem möglichst viele Bauschritte parallel ausgeführt werden, während digitale und Lean-Construction-Tools genutzt werden könnten, um die Produktivität unerfahrener Arbeiter zu verbessern.

Detaillierte Governance-Verfahren und Leistungsmanagement sind für den erfolgreichen Bau und die Einhaltung geplanter Produktionsstarttermine von entscheidender Bedeutung. Unternehmen könnten in der Zentrale und auf lokaler Ebene die erforderlichen Fähigkeits- und Leistungsmanagementsysteme einrichten, beispielsweise KPIs für die Verschrottungsquote. Sie könnten auch in Betracht ziehen, mit Ingenieur- oder Designfirmen zusammenzuarbeiten, um Kompetenzzentren einzurichten, um sicherzustellen, dass Arbeitskräfte mit allen verfügbaren EPCM-Systemen (Engineering, Procurement, and Construction Management) effektiv genutzt werden. Anschließend könnte ein Koordinationsmodell zwischen der örtlichen Einrichtung, der Zentrale und dem Kompetenzzentrum eingerichtet werden, um eine geschlossene Kommunikation und Synchronisierung zwischen den Beteiligten sicherzustellen.

Alle Mitarbeiter müssten so früh wie möglich geschult werden und dabei auf Unternehmens- und Branchenexperten zurückgreifen. Durch die Präsenz der Führung können Engpässe bei der Entscheidungsfindung vermieden werden. Grundsätze wie Eigenverantwortung und Flexibilität bei Entscheidungen können die Grundlage für Schulung und Unternehmenskultur bilden.

Ein erfolgreiches Gigafactory-Projekt erfordert hochkompetente und produktive Arbeitskräfte, sowohl während des Baus als auch im anschließenden Betrieb der Fabrik. Eine der wichtigsten Vorgehensweisen besteht hier darin, den lokalen Arbeitsmarkt zu einem Schlüsselfaktor bei der Standortwahl zu machen, um sicherzustellen, dass im Verhältnis zur Industrietätigkeit in der Region ein ausreichendes Angebot an erforderlichen Qualifikationen vorhanden ist. Zu den Entscheidungsfaktoren könnten verfügbare Arbeitskräfte im Bau- und Betriebsbereich, die Attraktivität der Region innerhalb eines angemessenen Pendelradius und regionale Arbeitskräftepools gehören, die erschlossen werden könnten – beispielsweise für Gewerbe mit begrenzter lokaler Kapazität. Eine weitere bewährte Methode besteht darin, in die lokale Infrastruktur zu investieren, um eine lokale Versorgungsbasis für Zellkomponenten zu ermöglichen.

Unternehmen könnten erwägen, Schulungen für lokale Vorgesetzte in bestehenden Einrichtungen anzubieten, um Best Practices zu übertragen und kulturelle Unterschiede zu bewältigen. Möglicherweise müssen sie auch über den lokalen Arbeitsmarkt hinausblicken, um den Bedarf an Technikern und Batterietechnikspezialisten zu decken.

Um Verzögerungen und Kostenüberschreitungen zu vermeiden, müssen Unternehmen während des Bau- und Produktionsbetriebs über die Beschaffung nachdenken – insbesondere von Ausrüstung und Rohstoffen für die Batterieherstellung. Es wird erwartet, dass alle Aspekte der Batterie-Wertschöpfungskette bis 2030 schnell wachsen werden, wobei die Zellproduktion und die Materialgewinnung die größten Märkte sein werden (Abbildung 2). Dieses Wachstum wird wahrscheinlich zu anhaltenden Herausforderungen in der Lieferkette führen.

Bei batteriespezifischer Ausrüstung sind aufgrund des rasanten Wachstums des Gigafactory-Baus Vorlaufzeiten von eineinhalb Jahren von der Bestellung bis zur Inbetriebnahme üblich. Tatsächlich beginnen einige OEMs jetzt damit, kritische Ausrüstung für den für 2025 geplanten Bau zu sichern.

Bei batteriespezifischer Ausrüstung sind aufgrund des rasanten Wachstums des Gigafactory-Baus Vorlaufzeiten von eineinhalb Jahren von der Bestellung bis zur Inbetriebnahme üblich.

Um die Versorgung mit Batteriefertigungsanlagen sicherzustellen, können Unternehmen aus vier Ansätzen wählen. Das ideale Szenario besteht darin, die Versorgung von Ausrüstungslieferanten sicherzustellen, die über vorhandenes Batterie-Know-how verfügen. Die nächstbeste Option wäre, jemanden mit ähnlichem Fachwissen zu finden. Einige OEMs könnten auch ihre eigene Ausrüstungskompetenz aus anderen Branchen nutzen, um die Produktion von Batterieherstellungsanlagen zu revolutionieren oder – im schlimmsten Fall – den Zellherstellungsprozess durch technologische Innovation neu zu gestalten.

Die Entwicklung einer robusten Strategie für die Beschaffung von Rohstoffen kann Unternehmen dabei helfen, die Kosten zu kontrollieren und den Fabrikhochlauf sicherzustellen. Rohstoffe stammen entweder aus neu gewonnenen und raffinierten Metallen oder recycelten Altbatterien oder Produktionsabfällen.

Neu gewonnene Materialien stellen Herausforderungen dar. Es wird erwartet, dass sie bis 2030 den größten Teil des Gesamtangebots ausmachen werden, sodass Batteriehersteller in hohem Maße von den Rohstoffpreisen abhängig sind. Und die jüngsten Unterbrechungen der Lieferkette haben die Preise für Schlüsselmaterialien deutlich um mehr als 20 Prozent erhöht, was dazu führte, dass die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien im Jahr 2021 anstiegen – zum ersten Mal seit vielen Jahren.

Längerfristig dürften geopolitische und arbeitsrechtliche Zwänge die Materialversorgung einschränken. Während beispielsweise Lithium reichlich vorhanden ist, entfallen etwa 70 Prozent der aktuellen weltweiten Produktion auf Australien und Chile, sodass diese Länder einen übergroßen Einfluss auf das Angebot haben.3Marcelo Azevedo, Magdalena Baczyńska, Ken Hoffman und Aleksandra Krauze, „Lithium mining: How „Neue Produktionstechnologien könnten die globale EV-Revolution vorantreiben“, McKinsey, 12. April 2022. Ebenso befindet sich der Großteil der weltweiten Kobaltproduktion in der Demokratischen Republik Kongo, wo der Abbau für Kontroversen sorgt.

Ein weiterer Aufwärtsdruck auf die Rohstoffpreise dürfte durch eine deutlich steigende Nachfrage entstehen. Beispielsweise wird erwartet, dass die Nachfrage der Batterieindustrie nach Lithium von 2020 bis 2030 mit einer jährlichen durchschnittlichen Wachstumsrate von 25 Prozent wächst, während sich die Nachfrage nach Nickel vervielfachen könnte, wenn sich die Batterienachfrage hin zu nickelreichen Produkten verlagert.4Marcelo Azevedo, Magdalena Baczyńska, Ken Hoffman und Aleksandra Krauze, „Lithiumabbau: Wie neue Produktionstechnologien die globale EV-Revolution antreiben könnten“, McKinsey, 12. April 2022.

Zum jetzigen Zeitpunkt scheint Nickel am stärksten von Engpässen bedroht zu sein, verursacht durch die Konkurrenz aus anderen Branchen und lange Vorlaufzeiten für neue Quellen. Ungefähr 65 Prozent der Nachfrage nach Nickel der Klasse 1 (mit einem Nickelgehalt von mindestens 99,8 Prozent) stammt aus anderen Branchen, insbesondere aus Edelstahl. Es wird erwartet, dass diese Branchen auch im Jahr 2030 einen hohen Prozentsatz der weltweiten Nachfrage nach Nickel der Klasse 1 ausmachen werden.5 „Die Rohstoffherausforderung: Wie der Metall- und Bergbausektor im Mittelpunkt der Energiewende stehen wird“, McKinsey, 10. Januar , 2022.

Stärkung der Rohstoffversorgung. Kurzfristig könnten Batteriehersteller erwägen, mehrjährige Lieferverträge mit Bergbauunternehmen abzuschließen, um die Auswirkungen von Preisschwankungen zu begrenzen. Längerfristig, wenn immer mehr Batterien das Ende ihrer Lebensdauer erreichen, könnte das Batterierecycling Materialien sowohl aus den eigenen Batterien der Hersteller als auch aus anderen Quellen liefern. Hersteller könnten eine Recyclingvereinbarung in den ursprünglichen Batterieverkauf einbeziehen, was das potenzielle Angebot weiter erweitern würde. Größere Hersteller könnten auch erwägen, direkt in die Rohstoffgewinnung und -veredelung zu investieren, um die Versorgung sicherzustellen und Zugriff auf den schnell wachsenden Wertpool an Materialien zu erhalten.

Lokalisierung der Lieferkette. Während weltweit erhebliche Investitionen entlang der Batterie-Wertschöpfungskette erwartet werden, gibt es einen zunehmenden Trend zur Lokalisierung der Batterieproduktion in der Nähe von Produktionsstätten für Elektrofahrzeuge. Allerdings hat sich die Lieferkette für die Batterieherstellung noch nicht an diesen Trend angepasst.

Beispielsweise haben mehr als 70 Prozent der wichtigsten Ausrüstungslieferanten für Beschichtungs- und allgemeine Zellmontageausrüstung ihren Sitz in Asien, der Rest verteilt sich gleichmäßig auf Nordamerika und Europa.6 „Erschließung der Wachstumschancen bei Batterieherstellungsausrüstung“ McKinsey, 3. Mai 2022. Daher müssen Unternehmen in Nordamerika und Europa möglicherweise den Aufbau starker internationaler Beschaffungsbeziehungen in Betracht ziehen.

Ebenso findet die Raffinierung von Batterierohstoffen hauptsächlich in Asien statt, wobei die Aussichten auf eine Lokalisierung möglicherweise geringer sind als die Batterie- und Geräteherstellung. Da unraffinierte Rohstoffe typischerweise geringere Anteile des Zielmaterials aufweisen, werden Raffinationsanlagen vorzugsweise in der Nähe der Rohstoffquellen und nicht an ihren Endmärkten angesiedelt. Eine weitere Erschwernis besteht darin, dass die Metallraffinierung ein energieintensiver Prozess ist, weshalb die Wettbewerbsfähigkeit der Energiekosten ein weiterer entscheidender Faktor bei der Auswahl von Raffineriestandorten ist.

Kauf von Batterien von anderen Anbietern. Die oben beschriebenen Herausforderungen sowie die hohen Kapitalkosten von Gigafabriken veranlassen einige EV-Akteure dazu, Batterien von größeren Lieferanten zu kaufen, anstatt in ihre eigenen Gigafabriken zu investieren. Dies ist oft eine taktisch vertretbare Entscheidung für kleinere Akteure, die nur einen begrenzten Einstieg in den EV-Bereich planen, sowie für Unternehmen, die strategische Flexibilität bewahren wollen. Start-ups fehlen beispielsweise möglicherweise die für den Bau einer Gigafactory erforderlichen Ressourcen oder die Zeit, bis der Bau abgeschlossen ist.

Größere Unternehmen, die in die aufstrebenden Teilsektoren der EV-Märkte – wie Elektro-Lkw oder -Busse – einsteigen, könnten den Kauf von Batterien in Betracht ziehen, da in absehbarer Zukunft eine geringe Nachfrage nach diesen Spezialanwendungen zu erwarten ist. Und Unternehmen, die es vorziehen, schnell zu folgen, entscheiden sich möglicherweise für den Kauf von Batterien, um zu erfahren, welche Technologien sich durchsetzen werden, und um ihren voraussichtlichen Batteriebedarf zu ermitteln, bevor sie große Kapitalinvestitionen tätigen.

Mit dem Wachstum und der Reife der Branche werden das Recycling und die Wiederverwendung von Batterien sowohl für die Lieferkette als auch für die ESG-Verantwortung von entscheidender Bedeutung sein. Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben sich drei potenzielle End-of-Life-Pfade herauskristallisiert, die jeweils einen anderen Verarbeitungsschritt umfassen. Die konzeptionell einfachste Lösung ist wahrscheinlich die Reparatur von Batteriepaketen für den Einsatz in Elektrofahrzeugen, um deren Lebensdauer zu verlängern. Eine zweite Option, die Wiederverwendung von Batterien in anderen Second-Life-Anwendungen (z. B. Netzspeicherung), könnte sowohl für Energieversorger als auch für Stromverbraucher erhebliche Vorteile bringen. Schließlich würde die Verwendung recycelter Batteriematerialien als Input für die Herstellung neuer Batterien den Nachfragedruck auf wichtige Rohstoffe verringern und den Ressourcen-Fußabdruck von Batterien verringern.

Der Übergang zu Elektrofahrzeugen führt zu einer rasanten Beschleunigung der Batterieherstellung und eröffnet erhebliche Wachstumschancen in der gesamten Wertschöpfungskette. Die Nutzung dieser Chance erfordert jedoch große Investitionen und birgt Risiken für das Kerngeschäft der Hersteller. Akteure der Batterie- und Automobilindustrie, die in drei Schlüsselbereichen agieren, können die Gelegenheit nutzen, ihre Umsätze und ihre Rentabilität zu steigern und gleichzeitig die Nachfrage der Fahrzeugbesitzer nach Elektrofahrzeugen zu bedienen.