Professor Fleischer, am Thema „Elektromobilität“ kommt man nicht vorbei – die Medien sind übervoll. Reicht diese Präsenz schon, auf die Notwendigkeit dieser Antriebsform hingewiesen zu haben?

Jürgen Fleischer: Also ich denke, dass die Medien thematisch schon gut über diese moderne Antriebsform berichten. Jedoch müssen wir noch besser kommunizieren, was das im Detail bedeutet. Wir haben natürlich eine gute Ökobilanz, wenn wir zum Beispiel Sonnenenergie direkt in Strom umwandeln. Und mit diesem Strom haben wir zwangsläufig auch eine gute Bilanz, wenn wir damit ein Elektroauto antreiben. In Norwegen zum Beispiel erzeugen sie Strom aus Wasserkraft. Dieser Strom kann dann mit einem Elektromotor direkt in Bewegung umgewandelt werden. Es spricht also alles dafür. Jetzt ist es nur so, wenn man den Strom nicht regenerativ wie beispielsweise mit Solarenergie erzeugt, sondern mit anderen, fossilen Energieformen, dann sieht die Situation wieder anders aus. Wenn ich mir vorstelle, wir erzeugen den Strom aus Kohlekraft, dann wäre das der völlig falsche Weg.

Was fehlt kommunikativ Ihrer Meinung noch?

Jürgen Fleischer: In den Medien wird immer kommuniziert: Wenn ich den Strom habe, dann ist Elektromobilität sicher eine hervorragende Lösung. Ich muss aber auch sehen, wie ich zu dem Strom komme. Das müssen wir uns in Deutschland immer bewusst machen. Und deshalb ist es insgesamt zu kurz gedacht, wenn wir bei der Elektromobilität nur über die Verbraucherseite reden. Wir müssen die gesamte Wertschöpfungskette sehen. Insofern stimme ich also zu und sage: Wir sind schon auf dem richtigen Weg, aber wir müssen ihn auch konsequent zu Ende gehen und den Strom umweltfreundlich erzeugen und beziehen. Das ist eine Botschaft, die bisher noch nicht klar kommuniziert wurde.

Ein Blick auf die Wissenschaft: Welchen spezifischen Beitrag leistet der InZePro-Cluster zum Thema „Elektromobilität“?

Jürgen Fleischer: Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ist sich bewusst, dass es nicht ausreicht, gute Batterierezepturen zu entwickeln. Wir müssen diese Zellen auch als Produkte in Fabriken herstellen können. Das ist die Aufgabe des Clusters InZePro. Es steht für intelligente Batteriezellproduktion und soll einen Weg aufzuzeigen, wie deutsche Unternehmen selbst Zellen produzieren können und wie der deutsche Maschinen- und Anlagenbau eine entsprechende Fabrikausrüstung bereitstellen kann. Das muss aber unbedingt mit einer wirtschaftlichen Komponente verbunden sein, die auch als Gegengewicht zu den asiatischen Zellherstellern zu sehen ist. Insbesondere glauben wir, dass wir in Deutschland in der Lage sind, durch die Verbindung mit künstlicher Intelligenz und den Methoden der Industrie 4.0 über die Digitalisierung hier einen viel größeren Produktivitätsschub in der Batteriezellproduktion zu schaffen. Hier sehen wir auch ein Alleinstellungsmerkmal, das es zu einem Wettbewerbsvorteil auszubauen gilt. Das Hochschulkonsortium ist derzeit gefordert, hier entsprechende prototypische Vorarbeiten zu leisten, die dann in einer weiteren Phase in die Industrie überführt werden.

Zusatzfrage: Wo stehen Sie im Moment in Richtung Prototypenbau, eben einer Übertragung der wissenschaftlichen Erkenntnisse in eine mögliche industrielle Fertigung?

Jürgen Fleischer: Bis Ende 2023 werden wir beispielsweise in Karlsruhe eine agile Batteriezellfertigung prototypisch in Betrieb nehmen. Diese ist sehr flexibel ausgelegt und kann auch unterschiedliche Typen verarbeiten. Die erste Phase des Clusters endet im März 2024: Bis dahin sind in den verschiedenen beteiligten Instituten prototypische Anlagen entstanden, die intensiv mit den Batteriezellherstellern und auch mit dem Maschinenbau diskutiert werden. Das eine oder andere „Teilprodukt“ aus diesem Forschungsprozess wurde bereits auf der Hannover Messe 2023 ausgestellt.

Kurzer Schwenk zur Nachhaltigkeit als einem zentralen Kriterium: Wie weit haben Sie bei der prototypischen Entwicklung auch die komplexe Wertschöpfungskette von Batteriezellen im Blick? Muss am Ende ein nachhaltiges Geschäftsmodell stehen, damit sich alles finanzieren und auch kommunikativ vermitteln lässt?

Jürgen Fleischer: Das ist sicherlich der Fall. Zum ersten Punkt: Wir haben mit großem Aufwand ein Kostenmodell erarbeitet, damit wir diese Anlagentechniken, die in diesem Cluster entwickelt werden, frühzeitig bewerten können – und zwar hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Stückkosten der Batteriezellen. Die Kostenmodellierung ist ein elementarer Bestandteil dieses Clusters, weil wir auch neue Verfahren und Technologien entwickeln, für die es noch keinen Vergleich gibt. Insofern müssen wir mit einem Kostenmodell im virtuellen Raum die Stückkosten ableiten können. Zum zweiten Punkt: Was das Thema Nachhaltigkeit angeht, glauben wir, dass ein erster großer Hebel in diese Richtung der Energieverbrauch ist. Es ist wichtig, dass wir entlang der Prozesslinie den Energieverbrauch deutlich reduzieren.

Ergänzung – können Sie zum Energieverbrauch ein Beispiel geben?

Jürgen Fleischer: Ja, im Vergleich zu den 50 Meter langen Trocknungsstrecken, die heute in den Giga Fabs, den großen Fabriken der Automobilindustrie, stehen, müssen andere Trocknungsverfahren bessere Ergebnisse liefern. Daran arbeiten wir. Es geht aber auch um das Thema „Ausschuss“. Wir haben heute durch die starre Verkettung der Anlagen einen relativ hohen Ausschuss bei gefertigten Zellen, wenn sich die Rezeptur ändert. Wir versuchen, das Ganze in engeren Grenzen zu halten, und zwar durch eine geschickte Inbetriebnahme mit Hilfe von künstlicher Intelligenz. Wir wollen schneller die richtigen Parameter an den Maschinen einstellen können, um den Ausschuss deutlich zu reduzieren. Also Materialausschuss und Energieeinsparung sind sicherlich die wesentlichen Punkte.

Können Sie beschreiben, wie Sie auch im Prozess der prototypischen Entwicklung veränderte Bedarfe im Markt, die festgestellt werden, direkt integrieren? Oder ist das Pflichtenheft von vornherein klar und unabänderlich festgelegt?

Jürgen Fleischer: Der Cluster ist zunächst ein Grundlagencluster. Wir betreiben dort nicht Dinge, die andere schon verfügbar haben, sondern wir versuchen über sogenannte Key Performace Indicators (KPI) gesteuert, völlig neue Lösungen zu finden. Und diese neuen Lösungen für bestimmte Prozessschritte, die werden bei uns umgesetzt mit einem Technology Readiness Level (TRL) zwischen 4 bis 5. Zum Vergleich: Eine Reifung im Sinne der produktionsfähigen Großserie wäre ein TRL 10. Aber diese Umsetzung in den Markt muss dann in der Industrie erfolgen.

Bleibt die Industrie im InZePro-Cluster außen vor?

Jürgen Fleischer: Nein – die Industrie ist in unsere grundlegenden neuen Themen vom Start weg einbezogen. Wir haben einen Managementkreis gebildet, der sich um den Cluster kümmert. Dieser trifft sich halbjährlich, um die Ergebnisse zu hinterfragen und zu bewerten, wie gut die Projekte vorankommen. Daraus werden Veränderungswünsche abgeleitet und Fehlleitungen verhindert. Aber es ist trotzdem so, dass die Ideen keine Industrieideen sind, sondern diese Reifung entsteht erst im Prozess: Fazit ist, unsere Industriekollegen haben im Moment alle Hände voll zu tun, ihre Giga Fabs zum Laufen zu bekommen. Und wir Grundlagenforscher: innen denken über die nächste Generation der Anlagentechnik nach und bereiten die prototypisch so weit vor, dass die Industrie sie dann auch übernehmen kann. Das ist der Anspruch unseres Clusters!

Wie bewerten Sie die Kommunikation mit der Politik? Gibt es noch einen Wunsch, den Sie in der Kommunikation mit den Stakeholdern der Elektromobilität formulieren möchten?

Jürgen Fleischer: Zunächst einmal ist der Wille, etwas zu tun, in der Politik eindeutig vorhanden und die Mittel werden auch zur Verfügung gestellt. Wenn ich mir etwas wünschen dürfte, dann wäre es, dass man die Dinge auch inhaltlich so durchdringt, dass man mit den Mitteln, die man auslobt, auch eine möglichst hohe Effektivität erreicht. Es gibt bestimmte physikalische/chemische Grundgesetze in der Batterieforschung und in der Elektromobilität, die man einfach nicht ändern kann. Und manchmal ist der politische Wille größer als das realistisch Machbare. Das muss man dann auch vernünftig diskutieren, sonst gibt es Enttäuschungen. Wir brauchen etwas mehr physikalisches Verständnis und eine intensivere Diskussion zwischen der Politik, die Rahmenbedingungen schaffen muss, und denen, die aus diesen Rahmenbedingungen etwas kreieren können. Das ist mein Wunsch!

Wann und in welcher Weise wird die Gesellschaft von den in den Clusterprojekten gewonnenen Forschungsergebnissen profitieren?

Jürgen Fleischer: Die Politik sollte von uns Wissenschaftlern so weit beraten werden, auf der Basis von neutralen Fakten, dass sie die richtigen Dinge tun kann. Sie muss aber auch bereit sein, zuzuhören. Und es ist sinnvoll, wenn noch ein weiterer Schritt – und das versucht das BMBF jetzt auch mit neuen Ausschreibungen wie „Cluster go Industry“ – gemacht würde, dass wir dann aus diesen Prozessen und Anlagen im Technology Readiness Level 5 einen Transfer in die Industrie hinbekommen. Dieses Zusammenspiel von Industrie und Wissenschaft muss hervorragend orchestriert werden, dann profitiert davon die Gesellschaft.

Können Sie hierzu ergänzend die Strategie des Clusters beschreiben, die dann auch anschlussfähig wäre zum Beispiel für ein weiteres Folgeförderprogramm?

Jürgen Fleischer: Der Cluster InZePro hat ungefähr 20 Projekte, die an verschiedenen Standorten in Deutschland aufgesetzt wurden. Mit diesen Projekten decken wir die komplette Prozesskette der Batteriezellfertigung ab. Entlang dieser Prozesskette entstehen jetzt Maschinen- und Anlagenelemente, wieder auf dem Niveau des Technology Readiness Level 5. Und wir sind jetzt überall mit der Industrie im Gespräch, inwieweit die Elemente davon in ihr Produktportfolio übernommen werden können. Was aber ganz wichtig ist, ist, dass wir nicht nur Maschinen bauen, sondern auch den digitalen Überbau schaffen. Also zu einer Maschine gehört heute ein digitaler Zwilling. Und auf der Basis der digitalen Zwillinge sind wir in der Lage, auch maßgeschneiderte Anlagen zu konfigurieren, wenn ein Kunde mit einem speziellen Problem kommt. Hier sehen wir auch den großen Vorteil gegenüber den Giga Fabs, die natürlich in der Lage sind, eine spezielle Batteriezelle in einer definierten, großen Stückzahl hoch effizient zu fertigen. Wir bereiten uns aber mit unserem Ansatz innovativer und mit agiler Anlagentechnik darauf vor, dass sich in der nahen Zukunft häufiger Innovationen auf der Produktseite durchsetzen und wir deshalb in der Lage sein müssen, solche Batteriezellfertigungen aus Baukastensystemen heraus aufzubauen. Das ist ein klares strategisches Element.

Wie tief muss das Verständnis im Detail angelegt sein?

Jürgen Fleischer: Wir müssen nicht jeden Prozess hundertprozentig verstehen. Wenn wir das Wechselwirken der Parameter beschreiben können, weil wir diese Daten aufnehmen und mit künstlicher Intelligenz aufklären, dann sind wir auch in der Lage, einen Prozess in einem grünen Fenster zu halten, ohne dass wir ihn chemisch und physikalisch in der Tiefe genau verstanden haben. Und das sind, glaube ich, Ansätze, die wirklich neu sind und die man jetzt strategisch umsetzen und dann auch mit der Industrie auf die Straße bringen muss. Als Produktionswissenschaftler sage ich: Was ist Grundlagenforschung? Die Antwort: Wir arbeiten an den Produktionsmethoden der Zukunft. Diese Produktion hat aber immer einen direkten Anwendungsbezug. Am Ende muss die Industrie Umsätze generieren.

Das ist ein Beispiel für integrative Grundlagenforschung, die eine potenziell spätere Anwendung immer mitdenkt. Könnten Sie zu Ihrem Managementansatz etwas sagen, der diese Verbindung von Grundlagenforschung und Praxis möglich macht?

Jürgen Fleischer: Ich komme selbst aus der Industrie. Es gibt vielfache Interessen: Die der Forscher, die an verschiedenen Standorten unterwegs sind und häufig selbst im Wettbewerb stehen. Dann haben wir auf der anderen Seite die Interessen der Maschinen- und Anlagenbauer. Die müssen mit den Anlagen Geld verdienen. Zum Schluss kommen dann die Batteriezellhersteller, die diese Maschinen und Anlagen kaufen sollen und die einen riesigen Kostendruck haben. Wie man bei VW gesehen hat, kaufen sie dann Anlagen der ersten Generation in China, weil sie dort einfach billiger waren und weil das Risiko für den Zellhersteller vermeintlich geringer ist, mit Anlagen aus China zu arbeiten als mit deutschen. Damit bekommen wir schließlich eine riesige Gemengelage. Wir managen den Cluster nach einer sehr ausführlichen Planungsphase und der Priorisierung der Projekte mit Evaluationen, in die Wissenschaftler und Industrie gleichermaßen eingebunden waren und sind. Auch das BMBF ist mit seinen Vertretern in jedem Clustermeeting vertreten. Dieses Modell der Projektpartner und auch der halbjährlichen Industrietage, um eben die Kommunikation zwischen den Parteien zu intensivieren, ist unser Rezept. Over Management möchten wir hingegen vermeiden.

Welche Abstimmung zwischen der Politik und Finanziers – vielleicht sogar Venture Capital – ist im Hinblick auf die Erwartungen an einen Return on Investment erforderlich?

Jürgen Fleischer: Die Orchestrierung könnte schon besser sein. Erstens sind die Prozesse sehr langwierig, das heißt von dem Moment an, wenn die Entscheidungsträger sagen, wir müssen dies und jenes machen, bis die Projekte bewilligt werden. Das kann sehr lange dauern, insbesondere, wenn auch die EU involviert ist. Ein Thema wäre hier: Wie können wir das Ganze agiler gestalten? Zweitens glaube ich, dass die Orchestrierung entlang der Entscheidungskette neu gestaltet werden muss. Es nützt uns nichts, wenn wir jetzt viele Elektroautos auf die Straße bringen, aber nicht wissen, wo wir sie laden sollen. Und wenn wir wissen, wie wir sie laden, dann müssen wir auch wissen, wo der nachhaltig erzeugte Strom herkommt. Das Ganze muss aufeinander abgestimmt, in sich geschlossen und konzeptionell schlüssig sein. Das muss dann in einen Zeitplan gebracht werden. Hier sehe ich noch sehr viel Diskussions- und Klärungsbedarf zwischen Politik, Wissenschaft und Industrie. Das endgültige Gesamtkonstrukt – von der Stromerzeugung bis zum Stromverbrauch durch Mobilität – ist im Sinne einer Roadmap noch nicht ausreichend erkennbar.

Letzte Frage. Können Sie sagen, wann wir den klassischen Massenmarkt E-Mobilität erschlossen haben werden? Sind wir in zehn Jahren schon aus dem Gröbsten raus?

Jürgen Fleischer: Das ist eine schwierige Frage. Ich selbst bin bei Daimler groß geworden und wir hatten bereits 1996 ein Brennstoffzellenauto in der Entwicklung. Heute, 27 Jahre später, sehen wir, dass es noch keine nennenswerten Brennstoffzellenfahrzeuge auf den Straßen gibt. Die Einschätzung der Industrialisierung einer Technologie ist sehr schwierig und hängt von zahlreichen Faktoren ab. Ich glaube, dass wir gerade beim Thema Ladeinfrastruktur und Stromversorgung noch einige ungelöste Probleme haben. Unter Umständen bringt es uns gar nichts, wenn wir jetzt schon zu viele Elektroautos in den Verkehr bringen. Vielmehr sollte der Fokus jetzt darauf liegen, dass wir den grünen Strom, den wir für eine wirkliche Wende brauchen, auch zur Verfügung haben. Seien wir ehrlich, und das kann man dem Verbraucher rein rechnerisch nicht verübeln: Wir haben in diesem Jahr die Atomkraftwerke abgeschaltet, in Folge ist der Strom bei uns auf den ersten Blick sehr, sehr teuer. Und wenn man dann noch bedenkt, dass zum Beispiel die Dieselpreise wieder sinken, dann rechnet sich ein Elektroauto für den privaten Nutzer nicht ...

…somit bleibt es wie es ist…?

Jürgen Fleischer: ...nein – natürlich nicht. Ich fordere nur ganz klar eine Kohärenz und eine Abstimmung des Gesamtsystems. Denn wenn wir prinzipiell Elektromobilität aus Sonnen- und Windenergie, die kostenlos zur Verfügung stehen, mit einem sehr guten Wirkungsgrad sicherstellen können, dann ist das genau der richtige Weg. Das gelingt aber nur mit einem orchestrierten und zeitlich verlässlichen Vorgehen. Und dafür brauchen Politik, Wirtschaft und Wissenschaft eine Roadmap – und zwar am besten schon gestern.

Die Fragen stellte Markus Lemmens, Redaktion Wissenschaftsmanagement

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer ist seit 2003 Leiter des Instituts für Produktionstechnik (wbk) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und für den Bereich Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung verantwortlich. Zudem koordiniert er den Kompetenzcluster Intelligente Zellproduktion InZePro im Auftrag des BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung.