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“, sagt 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.
Über die Fraunhofer FFB
Die Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB ist eine Einrichtung der Fraunhofer-Gesellschaft am Standort Münster. Ihr Konzept sieht eine Kombination aus Labor- und Produktionsforschung für unterschiedliche Batteriezellformate – Rundzelle, prismatische Zelle und Pouchzelle – vor. Die Mitarbeitenden der Fraunhofer FFB erforschen je nach Bedarf einzelne Prozessschritte oder die gesamte Produktionskette. Gemeinsam mit den Projektpartnern und -partnerinnen des Batterieforschungszentrums MEET der WWU Münster, des Lehrstuhls PEM der RWTH Aachen und des Forschungszentrums Jülich schafft die Fraunhofer-Gesellschaft in Münster eine Infrastruktur, mit der kleine, mittlere und Großunternehmen, aber auch Forschungseinrichtungen, die seriennahe Produktion neuer Batterien erproben, umsetzen und optimieren können. Während der Anfangsphase des Projekts wurde die Fraunhofer FFB als Teil des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT aufgebaut. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung und das Land Nordrhein-Westfalen fördern den Aufbau der Fraunhofer FFB im Rahmen des Projekts „FoFeBat“ mit insgesamt bis zu 680 Millionen Euro.
Über Metroplan
Metroplan ist ein Beratungs- und Planungsunternehmen mit rund 120 Mitarbeiter:innen und Hauptsitz in Hamburg. Das Leistungsportfolio des Unternehmens bezieht sich auf die Fabrikplanung, Logistikplanung, Generalplanung und die Supply Chain. Im Bereich der Fabrikplanung entwickelt und realisiert das Unternehmen Lösungen über den gesamten Lebenszyklus einer Produktionsstätte.
[1] Z. B. Solid-State Battery Roadmap 2035+ (fraunhofer.de) und ISI Umfeldbericht (fraunhofer.de)
https://www.metroplan.de/planung-und-realisierung/produktion/anforderungsgerechte-fabrikplanung/
