Neue Batterietechnologien werden die Elektrifizierung von Baumaschinen beschleunigen.
Geländemaschinen im Bauwesen, in der Landwirtschaft und im Bergbau werden zunehmend elektrifiziert, angetrieben durch die damit verbundenen finanziellen, betrieblichen und ökologischen Vorteile. Da sich die Maschinen jedoch hinsichtlich Größe, Reichweite, Betriebszyklus und anderer Aspekte stark unterscheiden, sind verschiedene Batterieoptionen erforderlich, um den jeweiligen Anforderungen gerecht zu werden.

Welche Batterietechnologien werden derzeit in diesen Maschinen eingesetzt?

In der Anfangsphase der Elektrifizierung von Baumaschinen, insbesondere im Hochbau, wurden Bleiakkumulatoren in kleineren, kompakten Maschinen verwendet. Mit der Weiterentwicklung des globalen Marktes für Elektrofahrzeuge und der Batterietechnologien setzen Maschinen heute jedoch vermehrt auf Lithium-Ionen-Akkus. Sie folgen dabei dem Beispiel der Automobilindustrie und verwenden sowohl NMC- als auch LFP-Akkus.

Diese Technologien bieten ein gutes Verhältnis von Energiedichte, Lebensdauer, Ladegeschwindigkeit und Kosten und ermöglichen so einen breiten Einsatz in vielen Maschinentypen. Es ist entscheidend hervorzuheben, dass aufgrund ihrer Verwendung im Automobilmarkt eine bestehende Lieferketteninfrastruktur vorhanden ist, die genutzt werden kann, um Erstausrüstern (OEMs) den Zugang zu Akkupacks für die Maschinenentwicklung und -fertigung zu erleichtern.

NMC- und LFP-Technologien haben sich im Markt für Off-Highway-Maschinen bewährt und werden sich weiterentwickeln, insbesondere mit fortschreitender Entwicklung und sinkenden Preisen. Bestimmte Maschinen stellen jedoch höhere Anforderungen an ihre Akkus, als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus bieten können, wie z. B. längere Lebensdauer, höhere Energiedichte oder schnellere Ladefähigkeit.

In diesen Fällen müssen OEMs möglicherweise auf neue Batterietechnologien zurückgreifen, um die Leistungslücke zu schließen. Der neue IDTechEx-Bericht „Batterien für Bau-, Landwirtschafts- und Bergbaumaschinen 2026–2036: Technologien, Akteure und Prognosen“ hebt insbesondere LTO-Anoden, Siliziumanoden, Festkörperbatterien und Natrium-Ionen-Batterien als wichtige Technologieoptionen für die Maschinen der Zukunft hervor.

Was können neue Batterietechnologien bieten?

LTO-Anoden

LTO-Anoden nutzen Lithiumtitanatoxid als Aktivmaterial und können anstelle einer herkömmlichen Graphitanode eingesetzt werden, oft in Kombination mit einer NMC-Kathode. Die resultierende Zelle weist eine drei- bis fünfmal geringere Energiedichte als eine Zelle mit Graphitanode auf. Entscheidender ist jedoch, dass die Anode während des Lade-Entlade-Zyklus nur sehr geringe Volumenänderungen erfährt, was zu einer exzellenten Lebensdauer von 20.000 bis 60.000 Zyklen führt. Darüber hinaus ermöglicht sie sehr schnelles Laden mit Raten von 6–10C.

Diese einzigartige Kombination von Leistungsparametern macht LTO-Anoden ideal für den Einsatz in Bergbaumaschinen. Diese Maschinen müssen oft über viele Jahre hinweg rund um die Uhr laufen und benötigen daher sowohl eine lange Lebensdauer als auch schnelles Laden, um Ausfallzeiten zu minimieren. Größere Maschinen, wie sie im Bergbau eingesetzt werden, sind zudem toleranter gegenüber geringeren Energiedichten und können die Nachteile von LTO-Anoden kompensieren.

Die LTO-Technologie wird im Bergbausektor zunehmend kommerzialisiert. Obwohl der hohe Lithiumgehalt der Anode deutlich höhere Kosten verursacht, die mitunter 1.000 US-Dollar pro kWh erreichen, kann dies dennoch wirtschaftlicher sein als der mehrmalige Austausch von NMC- oder LFP-Akkus während der Lebensdauer einer Maschine.

Siliziumanoden und Festkörperbatterien:

Sowohl Siliziumanoden als auch Festkörperbatterien sind Technologien, die intensiv für den zukünftigen Einsatz im Automobilmarkt entwickelt und erforscht wurden.

Siliziumanoden verwenden einen höheren Siliziumanteil (10 % oder mehr) in Graphitanoden, während bei Festkörperbatterien der flüssige Elektrolyt einer typischen Lithium-Ionen-Zelle durch einen festen Elektrolyten ersetzt wird.
Beide Technologien bieten höhere Energiedichten als herkömmliche Zellen, weisen jedoch erhebliche Einschränkungen hinsichtlich ihrer Lebensdauer auf, die ihren Einsatz auf etwa 1.000 Zyklen beschränken. Daher werden sich Offroad-Anwendungen primär auf kleinere Maschinen (bei denen die Energiedichte von größter Bedeutung ist) mit geringerer Auslastung konzentrieren. Dies passt gut zum Einsatzprofil von Elektrotraktoren in der Landwirtschaft, die zwar im Laufe ihrer Lebensdauer weniger als 1.000 Stunden laufen, aber von Hochleistungsbatterien profitieren, um Pflüge und Anbaugeräte über große Flächen zu transportieren.

Natrium-Ionen-

Batterien erweisen sich als potenziell wirtschaftlichere Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien, da sie anstelle von Lithium und Kupfer reichlich vorhandene und kostengünstigere Materialien wie Natrium und Aluminium verwenden. Natrium-Ionen-Batterien bieten zudem ähnliche Energiedichten wie Lithium-Ionen-Batterien und haben das Potenzial, Leistung und Lebensdauer zu verbessern, wobei diese je nach Zelldesign stark variieren können. Das Ergebnis ist eine Batteriezelle, die in Baumaschinen, Landwirtschaftsmaschinen und Bergbaumaschinen breite Anwendung finden kann und deren Verbreitung im nächsten Jahrzehnt voraussichtlich deutlich zunehmen wird.

IDTechEx Marktausblick:

Der IDTechEx-Bericht „Batterien für Bau-, Landwirtschafts- und Bergbaumaschinen 2026–2036: Technologien, Akteure und Prognosen“ beleuchtet alle oben genannten Technologien und mehr und zeigt auf, wie der globale Markt für Batterien für Off-Highway-Maschinen bis 2036 auf 45 GWh anwachsen wird. Die Entwicklung von Batterietechnologien, die den Leistungsanforderungen der Maschinen gerecht werden, ist entscheidend für dieses prognostizierte Wachstum.

Der IDTechEx-Bericht analysiert den Stand der Elektrifizierung in den Bereichen Bau, Landwirtschaft und Bergbau und bietet eine Analyse der technischen, wirtschaftlichen und leistungsbezogenen Anforderungen an Maschinen, ein Benchmarking von aktuell auf dem Markt befindlichen Komplettbatterieprodukten sowie einen detaillierten Überblick über wichtige Batterietechnologien und deren Relevanz für Off-Highway-Anwendungen.

Detaillierte 10-Jahres-Prognosen werden zur globalen Nachfrage nach Off-Highway-Batterien (in GWh) und zu den Batterieumsätzen (in Milliarden US-Dollar) bereitgestellt, segmentiert nach Sektor (Bauwesen, Landwirtschaft und Bergbau), Maschinentyp, Region (USA, China, Europa und übrige Welt) und Batterietechnologie (NMC, LFP, LTO, Siliziumanode, Festkörper und Natriumionen).