Lieferkettenstörungen in der Energiebranche: Herausforderungen bei der Versorgung mit Lithium-Ionen-Batterien

Angesichts des Trends zu sauberer Energie und der steigenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen benötigen Hersteller mehr denn je Batterien – insbesondere Lithium-Ionen-Batterien. Beispiele für den beschleunigten Übergang zu batteriebetriebenen Fahrzeugen gibt es überall: Der United States Postal Service kündigte an, dass mindestens 40 % seiner Next Generation Delivery Vehicles und anderer Nutzfahrzeuge Elektrofahrzeuge sein werden, Amazon hat in über einem Dutzend Städten mit dem Einsatz von Rivian-Lieferwagen begonnen, und Walmart hat eine Vereinbarung über den Kauf von 4.500 elektrischen Lieferwagen unterzeichnet. Mit jeder dieser Umstellungen verschärft sich die Belastung für die Lieferkette für Batterien. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Lithium-Ionen-Batterieindustrie und die aktuellen Probleme in der Lieferkette, die sich auf die Produktion und die Zukunft dieser Batterien auswirken.

I. Übersicht über Lithium-Ionen-Batterien

Die Lithium-Ionen-Batterieindustrie ist stark vom Abbau von Rohstoffen und der Herstellung der Batterien abhängig – beides Bereiche, die anfällig für Störungen in der Lieferkette sind.

Lithium-Ionen-Batterien bestehen hauptsächlich aus vier Schlüsselkomponenten: einer Kathode, einer Anode, einem Separator und einem Elektrolyten, wie in Abbildung 1 dargestellt. Auf hoher Ebene besteht die Kathode (die Komponente, die Lithiumionen erzeugt) aus Lithiumoxid.¹Die Anode (die Komponente, die die Lithiumionen speichert) wird in der Regel aus Graphit hergestellt. Der Elektrolyt ist ein Medium, das die freie Bewegung der Lithiumionen ermöglicht und aus Salzen, Lösungsmitteln und Additiven besteht. Der Separator schließlich ist die absolute Barriere zwischen Kathode und Anode.

Die Kathode ist die für diesen Artikel relevante Komponente, da hier am ehesten Probleme in der Lieferkette auftreten können. Die Zusammensetzung der Kathode hängt stark von der Anwendung der Batterie ab.²

Angesichts der Verbreitung und anhaltenden Nachfrage nach neuen Mobiltelefonen, Kameras und Computern sind Kobalt und Lithium die wertvollsten Rohstoffe für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien und bereits heute von Unterbrechungen in der Lieferkette betroffen.

Bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien gibt es drei entscheidende Phasen: (1) Abbau der Rohstoffe, (2) Veredelung der Rohstoffe und (3) Produktion und Herstellung der Batterien selbst. In jeder dieser Phasen gibt es Probleme in der Lieferkette, die bereits bei den Vertragsverhandlungen geklärt werden sollten, anstatt abzuwarten, bis sie im Laufe der Produktion auftreten.

II. Probleme in der Lieferkette innerhalb der Batterieindustrie

A. Produktion

China dominiert derzeit die globale Lieferkette für Lithium-Ionen-Batterien und produziert 79 % aller Lithium-Ionen-Batterien, die 2021 auf den Weltmarkt kamen.³Das Land kontrolliert darüber hinaus 61 % der weltweiten Lithiumveredelung für Batteriespeicher und^{Elektrofahrzeuge4}sowie 100 % der Verarbeitung von natürlichem Graphit, das für Batterieanoden verwendet wird.⁵Chinas dominante Position in der Lithium-Ionen-Batterieindustrie und den damit verbundenen Seltenen Erden gibt sowohl Unternehmen als auch Regierungen Anlass zur Sorge.

COVID-19, der Krieg in der Ukraine und unvermeidliche geopolitische Unruhen werden weiterhin Auswirkungen auf die globalen Lieferketten haben. Wie jede andere Branche ist auch der Energiesektor von diesen Faktoren betroffen und wird dies auch weiterhin sein. Kobalt, Lithium und Nickel – wichtige Rohstoffe für die Herstellung von Batterien – sind Lieferkettenrisiken ausgesetzt, da ihre Produktion und Verarbeitung geografisch konzentriert sind und von Ländern dominiert werden, denen Verstöße gegen Arbeits- und Menschenrechte vorgeworfen werden. Weitere Informationen finden Sie in unserem Artikel zum Thema „Bewältigung von Lieferkettenstörungen in Zeiten geopolitischer Risiken“.

Argentinien steht ebenfalls an der Spitze des weltweiten Wettlaufs um Lithium, da es derzeit 21 % der weltweiten Reserven besitzt und nur zwei Minen in Betrieb sind.⁶Ähnlich wie China verfügt Argentinien über erhebliche Macht im Bereich des Rohstoffabbaus und plant, seinen Einfluss in der Lithium-Lieferkette weiter auszubauen, mit dreizehn geplanten Minen und möglicherweise Dutzenden weiteren in Planung.

Auch die europäischen Länder steigern ihre Produktion, wobei die Europäische Union bis 2025 mit einem Anteil von 11 % an der weltweiten Produktionskapazität zum zweitgrößten Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien aufsteigen dürfte.⁷

Trotz jüngster^Bemühungen8sind die Vereinigten Staaten im Bereich des Abbaus oder der Raffination von Seltenerdmetallen nicht nennenswert vertreten. Aus diesem Grund sind die Vereinigten Staaten bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien stark von ausländischen Quellen abhängig. Im Juni 2021 veröffentlichte das US-Energieministerium (DOE) eine Überprüfung der Lieferkette für Hochleistungsbatterien und empfahl den Aufbau eigener Produktions- und Verarbeitungskapazitäten für kritische Materialien, um eine vollständig inländische Batterie-Lieferkette zu unterstützen.⁹Das DOE stellte fest, dass mehrere Energietechnologien in hohem Maße von unsicheren und instabilen ausländischen Quellen abhängig sind, was ein Wachstum der heimischen Batterieindustrie erforderlich macht.¹⁰Als Reaktion darauf veröffentlichte das DOE im Februar 2022 zwei Absichtserklärungen, wonach 2,91 Milliarden US-Dollar bereitgestellt werden sollen, um die US-Produktion von Lithium-Ionen-Batterien zu fördern, die für das Wachstum des Energiesektors von entscheidender Bedeutung sind.¹¹Das DOE beabsichtigt, Raffinerie- und Produktionsanlagen für Batteriematerialien, Recyclinganlagen und andere Produktionsstätten zu finanzieren.

Neue Technologien werden auch die Landschaft der Lithium-Ionen-Batterieproduktion verändern. Lilac Solutions, ein Start-up-Unternehmen mit Sitz in Kalifornien, bietet eine Technologie an, mit der bis zu doppelt so viel Lithium^{zurückgewonnen werden}kann wie^mitherkömmlichen Methoden.¹³Princeton NuEnergy ist ein weiteres Start-up-Unternehmen, das eine kostengünstige und nachhaltige Methode entwickelt hat, um aus alten Batterien neue herzustellen.¹⁴Obwohl diese Art von neuen Technologien den Engpass in der Lieferkette verringern wird, ändert dies nichts an der Tatsache, dass die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien in hohem Maße von der Verfügbarkeit von Rohstoffen abhängt. Unter dem Strich bleibt die Tatsache bestehen, dass sich die weltweite Lithiumproduktion auf Chile, Australien, Argentinien und China konzentriert.¹⁵Wie in Abbildung 2 unten dargestellt, dürfte die Abhängigkeit von Materialien aus dem Ausland in den nächsten Jahren bestehen bleiben, bis eine Batterietechnologie entwickelt wird, die ohne Seltenerdmetalle auskommt.

Abbildung 2: Zukünftige Lithium-Produktionsquellen

B. Preis

In einem separaten Artikel erörterte Lauren Loew von Foley, wie der Preisanstieg für Lithium die gestiegene Nachfrage nach Batterien widerspiegelt, deren Kosten seit 2021 um mehr als 900 % gestiegen sind.¹⁶Diese Preisanstiege halten an, da die Inflation auf einem Allzeithoch bleibt. Die steigenden Kosten für Lithium-Ionen-Batterien in Verbindung mit der Inflation haben bereits zu Preissteigerungen für Elektrofahrzeuge geführt. Weitere Informationen zu den Auswirkungen der Inflation auf die Lieferkette finden Sie in unserem Artikel „Inflationssorgen: Vier wichtige Maßnahmen für Unternehmen zur Bewältigung der Inflation in der Lieferkette”.

Entscheidungsträger sollten sich der Auswirkungen der Inflation auf ihre Verträge im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien bewusst sein. „In etablierten Energiespeichermärkten wie den USA haben höhere Kosten dazu geführt, dass einige Entwickler versuchen, die Vertragspreise mit den Abnehmern neu zu verhandeln. Diese Neuverhandlungen können Zeit in Anspruch nehmen und die Inbetriebnahme von Projekten verzögern“, sagt Helen Kou, Energie-Speicherexpertin bei dem Forschungsunternehmen BloombergNEF.¹⁷

C. Transport/Entflammbarkeit

Lithium-Ionen-Batterien werden gemäß den Gefahrgutvorschriften des US-Verkehrsministeriums (DOT) von der Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration (PHMSA) des US-Verkehrsministeriums als Gefahrgut eingestuft. Im Gegensatz zu Standardbatterien enthalten die meisten Lithium-Ionen-Batterien brennbare Materialien und haben eine unglaublich hohe Energiedichte. Daher können Lithium-Ionen-Batterien unter bestimmten Bedingungen, wie z. B. Kurzschluss, physische Beschädigung, unsachgemäße Konstruktion oder Montage, überhitzen und sich entzünden. Einmal entzündet, können Brände von Lithiumzellen und -batterien schwer zu löschen sein.¹⁸Daher müssen sich Unternehmen der potenziellen Risiken bewusst sein und die geeigneten Vorsichtsmaßnahmen bewerten, wenn sie Transaktionen mit Lithium-Ionen-Batterien durchführen.

Bis heute gibt es keine schlüssigen Forschungsergebnisse, die belegen, dass Elektrofahrzeuge im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen anfälliger für spontane Brände sind.¹⁹ Untersuchungen zeigen, dass Elektrofahrzeuge nur eine Entzündungswahrscheinlichkeit von 0,03 % aufweisen, während diese bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren bei 1,5 % liegt.²⁰Hybridfahrzeuge – die über eine Hochspannungsbatterie und einen Verbrennungsmotor verfügen – haben mit 3,4 % die höchste Wahrscheinlichkeit für einen Fahrzeugbrand.²¹

Am 16. Februar 2022 geriet ein Frachtschiff, das fast 4.000 Fahrzeuge von Deutschland in die Vereinigten Staaten transportierte, im Atlantik in Brand.²²Fast zwei Wochen später sank das Frachtschiff mitten im Atlantik. Obwohl es keine offizielle Stellungnahme zur Aufteilung der traditionellen und elektrischen Fahrzeuge an Bord gibt, hätten die Lithium-Ionen-Batteriefahrzeuge die Löscharbeiten erschwert.

III. Schlussfolgerung

Da die Welt zunehmend auf sauberere Energien umstellt, werden Fragen und Probleme im Zusammenhang mit der Lieferkette zunehmen. Diese Fragen sollten so schnell wie möglich geklärt werden, bevor ein Vertrag abgeschlossen wird. Wenn Sie oder Ihr Unternehmen an Transaktionen beteiligt sind, bei denen Lithium-Ionen-Batterien eine wesentliche Komponente darstellen, gibt es erhebliche Herausforderungen in der Lieferkette, die frühzeitig während der Verhandlungen über die Beschaffung von Rohstoffen und Preisgestaltung geklärt werden sollten.  Angesichts der begrenzten Verfügbarkeit von Rohstoffen und der Komplexität der Erschließung von Lithiumminen sollten Unternehmen nach alternativen Möglichkeiten zur Beschaffung von Lithium und anderen kritischen Komponenten suchen. Unternehmen, die auf Lithium-Ionen-Batterien angewiesen sind, sollten Technologien evaluieren und in diese investieren, die wirtschaftlich rentabel sind und die Lebensdauer und Recyclingfähigkeit dieser Batterien maximieren, um Probleme in der Lieferkette zu vermeiden.  Alternativ können Unternehmen mehrjährige Verträge für Lithium abschließen. Angesichts der starken Abhängigkeit von Seltenerdmetallen für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien sollten Unternehmen jedoch die Beschaffung der Metalle und andere Fragen, die den Abbau und die Raffination beeinflussen können, wie z. B. geopolitische Fragen, sorgfältig prüfen. Wenn Sie Fragen zu Themen im Zusammenhang mit der Lieferkette haben, wenden Sie sich bitte an unser Team bei Foley & Lardner.

Abonnieren Sie die Reihe „Störungen in der Lieferkette“

Um Ihnen dabei zu helfen, sich in diesen unbekannten Bereichen der Lieferkette zurechtzufinden, laden wir Sie ein, die Reihe „Supply Chain Disruption“von Foley zu abonnieren, indem Sie hier klicken.