Die Zahl der Patentanmeldungen für elektrochemische Energiespeicher-Technologien ist in den vergangenen Jahren stark gestiegen. Die mit großem Abstand meisten Schutzrechte beantragten die Entwickler für Lithium-Batterien. Dies zeigt eine Studie der Technischen Universität München (TUM). Sie bietet erstmals eine differenzierte Analyse, welche Energiespeicher-Technologien Chancen haben, sich in der Energiewende durchzusetzen. Ökonomisch ins Hintertreffen geraten in diesem Bereich europäische und amerikanische Firmen: Asiatische Unternehmen melden weit mehr Patente an.
Wenn künftig ein Großteil des Stroms mit erneuerbaren Energien produziert wird, muss Energie zu ertragreichen Zeiten gespeichert werden, um diese Schwankungen auszugleichen. Die bestehenden Speicherkapazitäten werden jedoch bei weitem nicht ausreichen. Wissenschaft und Wirtschaft arbeiten deshalb an neuen und verbesserten Technologien.
Ein bedeutender Schwerpunkt liegt dabei auf Batteriesystemen, die bislang noch zu teuer oder zu wenig ausgereift sind, um in großem Stil eingesetzt zu werden. Dabei konkurrieren mehrere elektrochemische Technologien darum, zum Standard zu werden.
An welchen Technologien derzeit am intensivsten gearbeitet wird und welche in naher Zukunft auf den Markt kommen können, ist für alle Akteure des Energiesektors aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft strategisch wichtig zu wissen. Da Unternehmen ihre Entwicklungsarbeit naturgemäß nicht offenlegen, haben Wirtschaftswissenschaftler der TUM – als Teil eines interdisziplinären Großprojekts zu Batteriespeichern – die weltweiten Patentanmeldungen der Jahre 1991 bis 2011 für elektrochemische Energiespeicher analysiert. Die Studie zeigt, dass die jährliche Zahl neuer Patentfamilien, also Gruppen von Patentanmeldungen und Patenten für ähnliche oder gleiche Erfindungen von 2006 bis 2011 um 110 Prozent gestiegen ist. Wurden 2006 noch Schutzrechte für rund 2.800 Entwicklungen angemeldet, waren es 2011 bereits 5.900 Anträge.
"Angesichts dieser Investitionen können wir davon ausgehen, dass neue elektrochemische Energiespeicher-Techniken in naher Zukunft marktreif und kostengünstiger als bestehende Produkte sein werden", sagt Simon C. Müller, Physiker und Ökonom am Lehrstuhl für Strategie und Organisation.
Die mit großem Abstand meisten Patente meldeten die Entwickler für Lithium-Batterien an, 4.900 neue Patentfamilien gab es im Jahr 2011. Damit zeigt die Kurve der Anmeldezahlen in diesem Segment seit 2008 steil nach oben – nach einem einmaligen Rückgang im Jahr 2007. Zuvor mussten mehrere Anbieter Produkte wegen Sicherheitsmängeln zurückrufen. "Die Skepsis, dass man Lithium-Batterien nicht sicher genug gestalten kann, ist offenbar verflogen", sagt Müller.
Zudem werden die neuen Patentanmeldungen häufiger als bei anderen Technologien in nachfolgenden Patentanmeldungen zitiert – ein Qualitätsmerkmal, das zeigt, dass sie eine Rolle bei der Weiterentwicklung der Technologie spielen.
Auf Rang zwei der Patentanmeldungen folgen Blei-Batterien mit lediglich rund 580 neuen Patentfamilien im Jahr 2011. Eine bemerkenswerte Zunahme auf allerdings niedrigem Niveau stellten die Forscher für die jüngste Zeit bei Redox-Flow-Batterien fest, bei denen die energiespeichernden chemischen Verbindungen in gelöster Form eingesetzt werden: Von 2009 bis 2011 hat sich die Zahl der Anträge von 90 auf 200 mehr als verdoppelt.
"Im Lithium-Segment gibt es also eine große Dynamik", sagt Müller. "Es ist durchaus möglich, dass wir schon bald an einem Punkt ankommen, an dem ein sich selbst verstärkender Effekt entsteht: Sobald die technisch-ökonomischen Daten gut genug sind, wird noch mehr in Forschung und Entwicklung investiert, was zu einem weiteren Vorsprung führt." Dies gelte umso mehr, als Lithium-Batterien auch in Elektroautos eingesetzt werden, also sowohl aus der Energie- als auch der Fahrzeugbranche nachgefragt werden können.
Im Geschäft sein werden dann wohl hauptsächlich asiatische Unternehmen, zeigt die Analyse. 2011 konnten asiatischen Entwicklern 2.100 Anmeldungen für Patentfamilien bei elektrochemischen Energiespeichern zugeordnet werden, europäischen 530, amerikanischen lediglich 410. Die Asiaten konnten die Zahl der jährlichen Patentanmeldungen damit seit 2001 trotz einer hohen Ausgangszahl um 220 Prozent steigern, die Europäer um 260 Prozent, die Amerikaner um 70 Prozent.
Die Forscher erstellten einen Index, der neben den quantitativen Daten auch die Zitierungen der Patentanmeldungen einbezieht. Bei den Lithium-Batterien kommen demnach acht japanische und ein koreanisches Unternehmen unter die Top 10, angeführt von Fuji. Lediglich eine amerikanische Firma taucht hier auf. Mit dem Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) folgt die erfolgreichste europäische Institution erst auf Rang 25. "Diese Ergebnisse werfen spannende Fragen in der Forschungspolitik und im Entwicklungsmanagement auf. Es wäre beispielsweise interessant zu untersuchen, welche Strategien zur Technologieführerschaft in diesem Bereich geführt haben und was europäische Mitbewerber davon lernen können", sagt Professor Isabell M. Welpe, Inhaberin des Lehrstuhls für Strategie und Organisation. Quelle: TUM / pgl