Die Energiewende braucht nicht nur mehr Windräder, Solaranlagen und Elektroautos. Sie braucht eine neue Generation von Materialien – und damit eine Antwort auf die Frage, ob Europa seine Abhängigkeit von fossilen Energieträgern durch eine neue Abhängigkeit von Lithium, Kobalt, Nickel, Graphit oder Iridium ersetzt.
Die Energiewende wird häufig als Frage der Energieerzeugung beschrieben. Mehr Windkraft, mehr Photovoltaik, mehr Wasserstoff, mehr Stromnetze und vor allem mehr Speicher sollen den Übergang zu einem weitgehend klimaneutralen Energiesystem ermöglichen. Doch unter der Oberfläche dieser technischen Revolution findet eine zweite Revolution statt. Sie spielt sich auf der Ebene der Materialien ab.
Denn ob eine Batterie sicherer, leichter und langlebiger wird, entscheidet sich nicht erst beim Design des fertigen Akkus. Es beginnt bei den Atomen und Molekülen, aus denen seine Elektroden, Elektrolyte, Separatoren und Stromableiter bestehen. Ähnliches gilt für Elektrolyseure, Brennstoffzellen oder Solarzellen. Die entscheidende Frage lautet deshalb zunehmend nicht mehr nur, wie viel Energie wir erzeugen können. Sondern sie lautet: Aus welchen Materialien wollen wir dieses Energiesystem bauen?
Das Umweltbundesamt hat diese Frage inzwischen ausdrücklich auf die politische Agenda gesetzt. In einer 2026 veröffentlichten strategischen Forschungsagenda wird den sogenannten Advanced Materials eine strategische Bedeutung für die grüne Transformation, den Ressourcen- und Klimaschutz und die technologische Resilienz Deutschlands zugeschrieben. Das ist mehr als eine wissenschaftliche Feinheit. Es geht um industrielle Souveränität.
Die Rohstofffalle der Energiewende
Die erste Generation der Energiewende hat Europa vor allem von Öl, Gas und Kohle abhängig gemacht. Die zweite könnte eine andere Form der Abhängigkeit schaffen. Lithium, Kobalt, Nickel, Graphit und andere Rohstoffe sind für viele heutige Energiespeicher von zentraler Bedeutung. Bei Elektrolyseuren kommen Platinmetalle hinzu, insbesondere Iridium bei bestimmten PEM-Systemen. Permanentmagnete für Windkraftanlagen und Elektromotoren wiederum benötigen häufig Seltene Erden.
Damit entsteht ein geopolitisches Paradox: Je stärker Europa seine fossile Abhängigkeit reduziert, desto wichtiger werden jene Materialien, die für die Technologien der erneuerbaren Energien benötigt werden. Die Antwort darauf kann nicht allein darin bestehen, möglichst viele neue Minen zu erschließen. Sie muss auch lauten: weniger Material pro Leistung, andere Materialien und bessere Kreisläufe. Genau hier beginnt die eigentliche Materialrevolution.
Die Batterie wird neu erfunden
Kaum ein Bereich macht diesen Wandel so sichtbar wie die Batterie. Die klassische Lithium-Ionen-Batterie hat eine enorme technologische Entwicklung hinter sich. Doch für die nächste Generation werden die Karten neu gemischt. Festkörperbatterien, Lithium-Schwefel-Systeme und Natrium-Ionen-Batterien verfolgen unterschiedliche Strategien, um Sicherheit, Energiedichte, Kosten und Rohstoffbedarf zu verbessern.
Die deutsche Forschungsinitiative FestBatt konzentriert sich beispielsweise auf Festkörperbatterien. An die Stelle des brennbaren flüssigen Elektrolyten tritt ein Festkörperelektrolyt, der je nach Konzept aus Sulfiden, Oxiden oder Polymeren bestehen kann. Gleichzeitig eröffnet der Festkörperansatz die Möglichkeit, metallisches Lithium als Anode einzusetzen. Damit verändert sich nicht nur ein Bestandteil der Batterie. Das gesamte Zellkonzept wird neu gedacht.
Die Hoffnung ist groß: höhere Energiedichten, verbesserte Sicherheit und neue konstruktive Möglichkeiten. Der Weg zur industriellen Produktion bleibt allerdings schwierig. Materialeigenschaften, Fertigungsprozesse, Grenzflächen zwischen den einzelnen Zellkomponenten und die langfristige Stabilität müssen gleichzeitig beherrscht werden.
Dass diese Fragen längst im Zentrum der europäischen Batterieforschung stehen, zeigte auch die Advanced Battery Power Conference 2026 in Münster. Dort reichte das Spektrum von Lithium- und Natrium-Ionen-Systemen über Festkörperbatterien und Lithium-Metall- beziehungsweise Schwefeltechnologien bis hin zu Produktion, Recycling und Lebenszyklusanalysen. Rund tausend Teilnehmer und mehr als 30 Aussteller machten die Veranstaltung zu einem wichtigen Treffpunkt der Branche.
Schwefel statt Kobalt
Besonders interessant ist der Blick auf Lithium-Schwefel-Batterien. Schwefel ist wesentlich leichter verfügbar und kostengünstiger als viele der Metalle, die in heutigen Hochleistungsbatterien eingesetzt werden. Forschungsprojekte wie BETSY untersuchen deshalb, ob Schwefel als Kathodenmaterial den Weg zu einer neuen Batteriechemie ebnen kann.
Der Reiz liegt nicht nur im Preis. Eine erfolgreiche Lithium-Schwefel-Technologie könnte den Einsatz von Kobalt und Nickel in der Kathode vermeiden und damit einen Teil der bisherigen Rohstoffproblematik umgehen. Doch auch hier zeigt sich ein Grundprinzip der Materialrevolution: Ein neues Material löst selten automatisch alle Probleme.
Schwefel besitzt zwar große Vorteile, bringt aber andere Herausforderungen mit sich. Lebensdauer, Volumenänderungen und die sogenannte Polysulfid-Problematik müssen technisch kontrolliert werden. Die Materialwissenschaft ersetzt deshalb nicht einfach einen Stoff durch einen anderen. Sie versucht, die Eigenschaften eines ganzen Systems neu zu orchestrieren.
Wenn Lithium überflüssig wird
Noch radikaler ist der Ansatz der Natrium-Ionen-Batterie. Natrium ist weit verbreitet und wesentlich weniger kritisch als Lithium. Natrium-Ionen-Zellen könnten deshalb vor allem für Anwendungen interessant werden, bei denen maximale Energiedichte nicht das einzige Kriterium ist – beispielsweise bei stationären Speichern.
Das französische Unternehmen Tiamat arbeitet an der Kommerzialisierung von Natrium-Ionen-Technologie. Mathieu Morcrette, einer der Keynote-Speaker der Advanced Battery Power Conference 2026, widmete seinen Vortrag der Optimierung und Kommerzialisierung dieser Technologie für Anwendungen mit hoher Ladeleistung.
Damit zeichnet sich eine Entwicklung ab, die für die Energiewende entscheidend sein könnte: Es wird vermutlich nicht die eine Batterie der Zukunft geben. Stattdessen könnten unterschiedliche Materialsysteme für unterschiedliche Aufgaben entstehen. Lithium-Ionen-Batterien für hohe Energiedichte, Natrium-Ionen-Systeme für bestimmte stationäre Anwendungen, Lithium-Schwefel für besonders materialeffiziente Anwendungen und Festkörperbatterien dort, wo Sicherheit und Energiedichte entscheidend sind. Die Batterieindustrie wird damit zunehmend zu einer Industrie des Materialdesigns.
Wasserstoff braucht ebenfalls neue Materialien
Das gleiche Muster zeigt sich beim Wasserstoff: Elektrolyseure sollen künftig große Mengen erneuerbaren Stroms in Wasserstoff umwandeln. Doch bestimmte Technologien benötigen dafür Edel- und Platingruppenmetalle. Besonders Iridium ist problematisch, weil die weltweit verfügbaren Mengen begrenzt sind.
Soll Wasserstoff in großem Maßstab hergestellt werden, kann Europa deshalb nicht einfach die heutige Technologie vervielfachen. Es muss ihren Materialbedarf reduzieren. Das deutsche Leitprojekt H2Giga hat genau diese Herausforderung aufgegriffen. In Forschungsansätzen wie grELjet geht es unter anderem darum, die erforderliche Menge an Iridium in PEM-Elektrolyseuren durch gezielte, gradierte Katalysatorschichten zu reduzieren.
Noch weiter gehen alternative Elektrolysekonzepte: Anionenaustauschmembranen, sogenannte AEM-Elektrolyseure, versuchen Eigenschaften alkalischer und PEM-Elektrolyse miteinander zu verbinden und gleichzeitig auf teure Edelmetalle zu verzichten. Forschungsprojekte wie das deutsch-niederländische Projekt genAEMStack untersuchen entsprechende Systeme. Das Prinzip ist dasselbe wie bei den Batterien: Die Energiewende wird schneller, wenn die Technologie weniger von seltenen Materialien abhängig ist.
Vom Rohstoff zum Molekül
Besonders interessant wird diese Entwicklung dort, wo nicht nur ein vorhandener Werkstoff verbessert, sondern die chemische Grundlage einer Technologie verändert wird. Greenlyte Carbon Technologies beispielsweise arbeitet an Verfahren zur direkten Abscheidung von CO₂ aus der Umgebungsluft. Das Unternehmen, eine Ausgründung der Universität Duisburg-Essen, setzt dabei auf speziell entwickelte flüssige Medien und Katalysatoren.
Das Erlanger Unternehmen Hydrogenious LOHC Technologies wurde 2013 als Spin-off der Friedrich-Alexander-Universität gegründet und gilt als weltweiter Marktführer der LOHC-Technologie. Zu den Investoren gehört eine Vielzahl an Unternehmen, unter anderem Hyundai, Mitsubishi und Chevron. Die Erlanger beschäftigen sich mit einer anderen Materialfrage: Wie lässt sich Wasserstoff transportieren, ohne ihn unter extrem hohem Druck oder bei tiefen Temperaturen speichern zu müssen?
Die Antwort sind Liquid Organic Hydrogen Carriers, kurz LOHC. Wasserstoff wird chemisch an ein organisches Trägermedium gebunden und kann anschließend unter wesentlich vertrauteren Bedingungen transportiert werden. Auch hier ist der entscheidende Fortschritt kein neues Kraftwerk und keine neue Pipeline. Es ist ein neues Materialsystem.
Die Solarzelle jenseits des Siliziums
Auch die Photovoltaik steht vor einem Materialwechsel: Silizium bleibt das dominierende Material der Solarindustrie. Doch Forscher suchen nach Möglichkeiten, die physikalischen Grenzen bestehender Solarzellen zu überwinden. Eine der interessantesten Entwicklungen sind Perowskite. Diese Materialklasse lässt sich als extrem dünne Schicht auftragen und besitzt außergewöhnliche optoelektronische Eigenschaften. Besonders attraktiv ist die Kombination mit Silizium: Perowskit und Silizium können als Tandemzelle unterschiedliche Bereiche des Sonnenlichts effizienter nutzen als eine einzelne Siliziumzelle.
Der Bericht des Umweltbundesamtes zählt Perowskite deshalb zu den zehn Advanced Materials, deren Bedeutung für die Energiewende besonders untersucht wurde. Zugleich weist er auf einen entscheidenden Zielkonflikt hin: Einige Perowskit-Systeme enthalten Blei, dessen sichere Einkapselung, Nutzung und spätere Rückgewinnung Fragen für Umwelt- und Ressourcenschutz aufwirft. Das ist vielleicht die wichtigste Erkenntnis der gesamten Materialrevolution: Ein Material ist nicht allein deshalb nachhaltig, weil es eine klimafreundliche Technologie ermöglicht. Entscheidend ist sein gesamter Lebenszyklus.
Die zweite Seite der Materialrevolution
Das Umweltbundesamt warnt deshalb ausdrücklich davor, den technologischen Nutzen neuartiger Materialien isoliert zu betrachten. Bei manchen Advanced Materials seien mögliche Risiken für Mensch und Umwelt noch nicht ausreichend untersucht. Auch Herstellung, Ressourcenverbrauch und Recycling könnten neue Probleme schaffen. Das betrifft beispielsweise Kohlenstoffnanoröhren, bestimmte Nanomaterialien oder komplexe Verbundwerkstoffe. Beim Recycling können Eigenschaften entstehen, die bei der Herstellung gar nicht im Mittelpunkt standen.
Damit bekommt die Materialrevolution eine zweite Dimension. Die entscheidende Frage lautet nicht mehr nur: Kann dieses Material eine technische Aufgabe besser erfüllen? Sondern: Kann es diese Aufgabe über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg besser erfüllen?
Das verändert auch die Forschung
Materialwissenschaftler müssen zunehmend mit Umweltforschern, Toxikologen, Recyclingexperten und Ökonomen zusammenarbeiten. Das UBA hat deshalb 2026 gemeinsam mit Partnerbehörden (BAM, BAuA, BfR, PTB) eine strategische Forschungsagenda zu sicheren neuartigen Materialien veröffentlicht. Darin geht es ausdrücklich darum, Sicherheit und Nachhaltigkeit bereits bei der Entwicklung mitzudenken.
Der eigentliche Wettbewerb beginnt nach dem Labor
Damit ist allerdings erst die erste Hürde genommen. Ein Material kann im Labor hervorragend funktionieren und trotzdem wirtschaftlich bedeutungslos bleiben. Zwischen einer funktionierenden Batteriechemie und einer Gigafactory liegen Jahre der Entwicklung. Produktionsprozesse müssen stabilisiert, Materialien in großen Mengen hergestellt, Qualitätsstandards entwickelt und Recyclingverfahren etabliert werden. Genau hier entscheidet sich derzeit die industrielle Zukunft Europas.
Die Advanced Battery Power Conference hat gezeigt, wie umfassend dieser Prozess inzwischen gedacht wird: von der Materialebene über die Zelle und das Batteriesystem bis zu Produktion, Anwendung und Recycling. Die entscheidende Frage ist deshalb nicht, ob Europa über hervorragende Materialforscher verfügt. Das tut es. Die Frage ist, ob aus den Forschungsergebnissen auch industrielle Wertschöpfung entsteht. Hier liegt Europa oft schlechter im Rennen.
Die Energiewende als Materialwende
Damit schließt sich der Kreis. Windkraft, Photovoltaik, Batterien, Wasserstoff und Stromnetze erscheinen auf den ersten Blick als unterschiedliche Technologien. Auf der Ebene der Materialwissenschaft gehören sie jedoch zusammen. Sie alle benötigen Werkstoffe mit Eigenschaften, die bisherige Materialien nicht oder nur unzureichend bieten.
Sie benötigen Elektroden, die mehr Energie speichern. Membranen, die weniger Edelmetalle benötigen. Solarabsorber, die mehr Sonnenlicht in Strom verwandeln. Katalysatoren, die chemische Reaktionen effizienter machen. Werkstoffe, die leichter, langlebiger und recyclingfähiger sind. Die Energiewende ist deshalb auch eine Suche nach neuen physikalischen Möglichkeiten. Und genau darin liegt ihre strategische Bedeutung.
Europa kann seine fossile Abhängigkeit nicht einfach durch eine neue Rohstoffabhängigkeit ersetzen. Es muss lernen, mit weniger kritischen Materialien mehr technologische Leistung zu erzeugen. Das bedeutet: neue Chemien, neue Strukturen, neue Produktionsverfahren – und am Ende geschlossene Materialkreisläufe. Die entscheidende Energiequelle der kommenden Jahrzehnte könnte deshalb nicht nur Sonne, Wind oder Wasserstoff sein. Es könnte das Wissen sein, Materie gezielt zu entwerfen.