Natrium gibt es reichlich. Für eine Batterie reicht das allein aber nicht: Die geladenen Natriumteilchen müssen in einem Material unterkommen, das sich immer wieder be- und entladen lässt. Dafür setzen Entwickler meist auf Hartkohlenstoff. Wie dieses schwarze Pulver hergestellt wird und woher es kommt, entscheidet mit darüber, ob Natriumbatterien ihre versprochene breitere Rohstoffbasis tatsächlich nutzen können.
Ein Forschungsprojekt in Thüringen untersucht dafür Lignin, einen Nebenstoff aus der Holzverarbeitung. Gleichzeitig warnt die Internationale Energieagentur, dass die Lieferkette für Hartkohlenstoff bislang wenig entwickelt und stark auf China konzentriert ist. Zusammen zeigen die Beispiele eine Spannung: Der Ausgangsstoff kann aus unterschiedlichen Quellen stammen. Eine verlässliche Batterieproduktion entsteht daraus erst, wenn das Material in gleichbleibender Qualität hergestellt und in Zellen verarbeitet werden kann.
Weshalb die Batterie Kohlenstoff braucht
Eine wiederaufladbare Batterie hat zwei Elektroden und einen Elektrolyten dazwischen. Beim Laden und Entladen bewegen sich geladene Teilchen, die Ionen, zwischen den Elektroden. Die negative Elektrode muss diese Teilchen aufnehmen und wieder abgeben können. Bei vielen Lithium-Ionen-Zellen übernimmt Graphit diese Aufgabe.
Für Natrium lässt sich Graphit nach Angaben des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS nicht ohne Weiteres auf dieselbe Weise nutzen. Hartkohlenstoff besitzt eine andere Struktur, in der Natriumionen reversibel gespeichert werden können. Reversibel bedeutet: Das Material soll die Teilchen beim nächsten Entladen wieder freigeben, damit sich der Vorgang wiederholt.
Das macht den Kohlenstoff zu einem aktiven Teil der Zelle. Seine Eigenschaften beeinflussen, wie viel Ladung die Elektrode aufnehmen kann. Dass Natrium als Element verbreitet ist, beantwortet deshalb noch nicht die Frage, wie leistungsfähig eine fertige Zelle wird.
Vom Holzrest zur Elektrode
Das Thüringer Projekt ThüNaBsE untersucht eine mögliche Quelle für diesen Kohlenstoff. Lignin fällt in der Holzindustrie an und wird dem Forschungsteam von einem regionalen Unternehmen bereitgestellt. Durch thermische Verarbeitung kann daraus Hartkohlenstoff entstehen. Die Forschenden wollen daraus zusammen mit weiteren Materialien eine Natrium-Ionen-Zelle entwickeln.
Der Maßstab ist entscheidend. Das Projekt nennt eine Vollzelle mit einer Kapazität von einer Amperestunde und mindestens 200 Lade- und Entladezyklen als Entwicklungsziel. Das ist eine Forschungsaufgabe, keine Zusage, dass eine langlebige Serienbatterie bereits hergestellt wird. Die positive Elektrode und das Zusammenspiel der Materialien gehören ebenfalls zum Projekt.
Der Reiz des Ansatzes liegt darin, einen regional verfügbaren Nebenstoff als Ausgangspunkt zu prüfen. Doch zwischen einem geeigneten Ausgangsstoff und einer Elektrode liegen Verarbeitung, Materialprüfung und Zellfertigung. Ob ein bestimmter Rohstoffweg in größerem Maßstab technisch und wirtschaftlich trägt, lässt sich nicht allein aus seiner Verfügbarkeit ableiten.
Ein neuer Rohstoff beendet alte Abhängigkeiten nicht automatisch
Die Internationale Energieagentur IEA beschreibt 2026 die Lieferkette für Hartkohlenstoff als noch wenig entwickelt und weitgehend auf China konzentriert. Auch die Produktionskapazität für Natrium-Ionen-Zellen ist dem Bericht zufolge erheblich kleiner als die für Lithium-Ionen-Zellen. Für Hersteller zählt daher nicht nur, ob sich ein Kohlenstoff theoretisch aus vielen Ausgangsstoffen gewinnen lässt, sondern auch, ob Anlagen und Kunden für den industriellen Hochlauf vorhanden sind.
Eine vielfältigere Rohstoffbasis und eine vielfältigere Lieferkette sind zwei verschiedene Dinge. Ein Unternehmen kann einen Ausgangsstoff vor Ort finden und dennoch Anlagen, Vorprodukte oder fertiges Elektrodenmaterial aus anderen Ländern beziehen. Umgekehrt kann internationaler Handel helfen, mehrere Bezugsquellen aufzubauen. Der geografische Ursprung des Natriums allein beschreibt die Versorgungssicherheit der ganzen Zelle nicht.
Warum das Material auch die Energiedichte begrenzt
Hartkohlenstoff ist nicht bloß eine Beschaffungsfrage. Eine Studie von Fraunhofer FFB und Universität Münster modelliert unterschiedliche Natrium-Zellchemien anhand industrieller Produktionsdaten. Die Forschenden sehen im Anodenmaterial derzeit einen Engpass für die Energiedichte, also dafür, wie viel Energie eine Zelle bezogen auf ihre Masse oder ihr Volumen speichern kann.
Die Studie nennt zugleich Entwicklungspotenzial bei Hartkohlenstoff und Klimavorteile gegenüber energieintensiv hergestelltem synthetischem Graphit. Das Ergebnis hängt von den modellierten Materialien und Produktionsannahmen ab. Es bedeutet nicht, dass jede Natriumbatterie unter allen Bedingungen klimafreundlicher ist als jede Lithiumbatterie. Auch die übrigen Bestandteile und die Fertigung beeinflussen die Bilanz.
Eine niedrigere Energiedichte kann je nach Einsatz unterschiedlich schwer wiegen. In einem Fahrzeug konkurrieren Batteriegewicht und Platz mit anderen Anforderungen. Bei einem stationären Speicher kann mehr Platz verfügbar sein, während Kosten, Einbau und Betrieb stärker ins Gewicht fallen. Der Vergleich kompletter Natrium- und Lithiumspeicher umfasst deshalb mehr als das Material der Anode.
Vom Labor in die Fertigung
Das Projekt VORAN des Fraunhofer ISE und seiner Partner arbeitet seit 2024 an Materialien und Produktionstechnik für Natrium-Ionen-Batterien. Zum Entwicklungsfokus zählt Hartkohlenstoff; außerdem erprobt das Konsortium ein Verfahren zur Elektrodenherstellung und eine Modularchitektur. Die geplante Großserienproduktion ist ein Projektziel, kein Beleg dafür, dass diese bereits läuft.
Solche Vorhaben zeigen, wo die eigentliche Aufgabe liegt: Aus einem geeigneten Pulver muss eine Elektrode werden, aus passenden Elektroden eine funktionierende Zelle und aus vielen Zellen ein verlässlich produzierbares Produkt. Gelingt das mit mehreren Rohstoff- und Fertigungswegen, kann Natrium die Auswahl erweitern. Ob daraus geringere Abhängigkeiten entstehen, entscheidet sich entlang der gesamten Lieferkette.
Quellen
- Fraunhofer IKTS: Forschungsgruppe ThüNaBsE
- IEA: Global EV Outlook 2026, Electric vehicle batteries
- Fraunhofer FFB: Natrium-Ionen-Batterien stehen kurz vor der Marktreife, 2025
- Fraunhofer ISE: VORAN
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