Allmählich, aber unaufhaltbar nimmt die Elektromobilität Fahrt auf. Neue Akkutechnologien verlängern die Reichweite von Autos und machen das Fahren mit Strom immer rentabler – auch für Unternehmen.
Daimler will eine eigene Submarke für sie aufbauen. BMW hat vor, mit einem ganz neuen Automodell dem US-Konkurrenten Tesla Paroli zu bieten, und VW plant, gleich mit mehr als 30 innovativen Wagen dem Sog von Dieselgate zu entkommen. Die Rede ist von elektrogetriebenen Fahrzeugen. Egal, ob die Pläne bis 2020 oder 2025 gehen, ob mit SUV oder Limousine – die Branche steht vor großen Veränderungen. Hauptsache, weg vom Verbrennungsmotor, hin zum rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug.
Wegbereiter dieser umweltfreundlicheren Fortbewegung ist der Hybridantrieb. Die Kombination aus Verbrennungs- und E-Motor ist „der entscheidende, auch mentale Einstieg in die Elektromobilität“, sagt Daimler-Entwicklungsvorstand Thomas Weber. Doch Hybridantriebe spielen noch aus einem anderen Grund eine tragende Rolle: Bis die Stromakkus die heute durchaus üblichen Reichweiten von 700 Kilometern bei Verbrennungsmotoren liefern, werden noch Jahre vergehen – und bis dahin wird der Hybridantrieb eine wichtige Übergangstechnologie sein.
Eine leistungsfähige Batterie ist nach wie vor das Nadelöhr, denn sie „stellt das Element mit dem mit Abstand höchsten Wertschöpfungsanteil dar. 60 bis 80 Prozent der Wertschöpfung wird durch die Zellen bestimmt“, wie es der Zwischenbericht der Nationalen Plattform Elektromobilität der Gemeinsamen Geschäftsstelle Elektromobilität der Bundesregierung formuliert. Und eben diese Wertschöpfung gilt es, in den Griff zu bekommen.
Leistung pro Kilogramm entscheidend
Das bedeutet für die Praxis: Runter mit den Preisen pro Kilowattstunde aus der Batterie. Einer der führenden Wissenschaftler, der in Deutschland Batteriesysteme für Elektrofahrzeuge erforscht, ist Professor Dirk Uwe Sauer, Leiter des Instituts für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe an der RWTH Aachen. Sauer ist überzeugt, „dass Lithium-Ionen-Batterien zurzeit allen anderen am Markt erhältlichen wiederaufladbaren Batterietechnologien sowohl in der Energiedichte als auch der Leistungsdichte überlegen sind“. Dabei ist unter Leistungsdichte die Antriebsleistung und unter Energiedichte die Reichweite jeweils pro Kilogramm Batteriegewicht zu verstehen. Gerade Letztere ist für ein Elektroauto entscheidend, „weil es da sehr stark auf ein geringes Volumen und geringes Gewicht ankommt“, so Sauer und ergänzt: „Hohe Energiedichte überstrahlt fast alle anderen Anforderungen.“
Aus dem Handy ins Auto
Dabei sind Lithium-Ionen-Batterien ursprünglich keine Erfindung, die für den Automobilbereich entwickelt wurde. Seit 1991 werden sie in portablen Endgeräten wie Handys oder Laptops eingesetzt – und haben es in diesen Bereichen inzwischen auf eine Marktdurchdringung von nahezu 100 Prozent gebracht. Große Batteriehersteller – nahezu alle aus Japan, Korea und China kommend – beherrschen das Segment und verbuchen Umsätze in der Größenordnung von zehn Milliarden US-Dollar pro Jahr. Gleichzeitig wurde die Technologie immer weiter entwickelt, sodass heute nahezu alle Werkzeuge, Garten- und andere Geräte mit Strom aus Lithium-Ionen-Batterien versorgt werden. Kein Wunder also, dass auch in Elektroautos fast nur noch Lithium-Ionen-Akkumulatoren zum Einsatz kommen.
Das verwendete Lithium bietet dabei einige Vorteile: Es ist das leichteste unter den bei Raumtemperatur festen Elementen. Gleichzeitig lassen sich damit Batteriezellen mit hoher Zellspannung bauen. Ein Vergleich: Während Bleibatterien zwei Volt Nennspannung aufweisen, sind es bei Lithium-Ionen-Batterien bis zu 3,7 Volt. Künftig sollen sie sogar in den Bereich fünf Volt vordringen.
Saubere Energie für Stapler
Auch Fahrzeuge, die nur auf dem Firmengelände unterwegs sind, profitieren von der neuen Akkutechnologie.
Hersteller von Staplern zum Beispiel setzen schon seit längerem auf Lithium-Ionen-Batterien als Energiespeicher. Diese Akkutechnik bietet gegenüber klassischen Blei-Säure-Batterien einige entscheidende Vorteile: Mit rund 2.500 Ladezyklen ist die Lebensdauer einer Lithium-Ionen-Batterie mindestens doppelt so lang wie die der Bleivarianten. Darüber hinaus ist die Energieausbeute mit der neuen Technologie deutlich besser – sie nutzt mehr als 90 Prozent der geladenen Energie für den Geräteantrieb aus. Zum Vergleich: Ein Bleiakku kommt nur auf rund 60 Prozent. Zudem ist die Lebensdauer einer Lithium-Ionen-Batterie deutlich länger. Zudem haben sich die Ladevorgänge deutlich verkürzt: Einmal vollständig aufzutanken dauert nur noch rund 90 Minuten. Bereits nach 40 Minuten stehen schon wieder 60 Prozent des Ladestands zur Verfügung – ein Batteriewechsel innerhalb einer Arbeitsschicht anfällt damit in aller Regel.
Allerdings: Lithium ist extrem reaktionsfreudig, selbst die Berührung mit wässrigen Elektrolyten muss peinlich vermieden werden. Und die weltweiten Ressourcen des Metalls sind relativ knapp bemessen. Rund um den Globus werden die Vorräte auf 13 Millionen Tonnen geschätzt. Schon allein deshalb stehen die Hersteller von der Herausforderung, ein geschlossenes Recyclingsystem für Lithium aufzubauen und zu betreiben.
Einen solchen Kreislauf gibt es bei Bleiakkus schon lange. Mehr als 90 Prozent der verwendeten Materialien werden derzeit wiederverwendet. Nicht nur deshalb sind viele Experten der Meinung, dass die herkömmliche Blei-Akkumulatoren-Technologie noch lange nicht ausgedient hat. Denn auch in reinen Elektrofahrzeugen wird in Zukunft neben der Hochvolt-Traktionsbatterie eine Blei-Bordnetzvariante stecken. „Zur Versorgung der verschiedenen Bordsysteme ist sie besser geeignet als das Hochvoltsystem – sie hält jene zuverlässige Versorgungsspannung vor, die Radios, Navigationssysteme oder Bordcomputer benötigen“, so Eckhard Karden, technischer Experte für Batterien und Energiespeicher-Technologien bei Ford.
Was unterm Strich bleibt: Für den Masseneinsatz von Lithium-Ionen-Batterien in rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen gibt es noch viel zu tun. Selbst bei aktuellen Kosten von knapp 300 Euro pro Kilowattstunde sind für ein Batteriepack für Reichweiten von 100 Kilometern in einem sparsamen Fahrzeugkonzept rund 4.500 Euro fällig – es ist damit in etwa so teuer wie heute die Produktions- und Materialkosten eines Kleinwagens. De facto wird man für 100 Kilometer Reichweite eines Mittelklassewagens wohl um die 20 Kilowattstunde Batteriekapazität brutto installieren. Damit liegen die Kosten für das Batteriepack am Ende sogar noch höher.
Kosten im Sinkflug
Doch es gibt Hoffnung: So werden nach Einschätzungen von Bosch und Fraunhofer bis 2020 die Kosten der jetzigen Lithium-Ionen-Akkutechnologie auf knapp 200 Euro pro Kilowattstunde sinken. Gleichzeitig steigt die Energiedichte auf 150 Wattstunden je Kilo Batteriegewicht. Bis etwa 2025 erwarten die Forscher einen weiteren Entwicklungsschub. Dann wird der Festkörperakku, ebenfalls auf Lithium-Ionen-Basis, nur noch 150 Euro je Kilowattstunde kosten und die Energiedicht 150 Wattstunde je Kilo Batterie übersteigen. Ein fester Elektrolyt wird die Verkehrssicherheit der E-Mobile drastisch verbessern. Bei diesen Prognosen gehen selbst zurückhaltende Beratungsunternehmen wie Horvath & Partners davon aus, dass im Jahr 2020 E-Autos mit einer Akkuladung weiter als 400 Kilometer fahren können. Viele Unternehmer warten heute schon gespannt darauf, damit ihr Fuhrpark endlich E-tauglich ist.
