Einer breiten Markteinführung von Elektroautos zwischen 2020 und 2030+ steht nichts im Wege, jedoch sind noch zahlreiche Herausforderungen anzugehen, zeigt ein Faktencheck des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung (ISI) zur Elektromobilität. Die Autoren haben hierzu in einer Meta-Literaturanalyse Fremd- und Eigenstudien analysiert.
Hintergrund dafür war, dass die technologische Reife von Batterien für E-Pkw und deren Sinnhaftigkeit von Kritikern auch heute noch in Frage gestellt wird, obwohl die Elektromobilität längst voranschreitet. Seit Anfang 2020 befinden sich weltweit über 7,5 Mio. E-Pkw auf den Straßen und ihr Anteil an den globalen Pkw-Verkäufen wird je nach Marktstudie ab 2030 auf 25 bis 75% geschätzt. Dies hat große Auswirkungen auf die globale Nachfrage nach und Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien, die von 500 bis 1.500 GWh (um 2025) auf 1.000 bis 6.000 GWh (ab 2030) ansteigen dürfte. Hier einige Auszüge aus dem Faktencheck:
Wie entwickeln sich Batterien und welche Reichweiten sind zu erwarten?
In Europa sind bis 2030 fast 600 GWh Zellproduktionskapazitäten angekündigt – die Hälfte davon soll in Deutschland entstehen. Dies entspricht einem Anteil von durchschnittlich 20 % des globalen Batteriezellen-Bedarfs, mit dem etwa die erwartete Nachfrage europäischer Automobilhersteller gedeckt würde.In den letzten zehn Jahren hat sich die Energiedichte großformatiger, in E-Pkw eingesetzter LIB-Batteriezellen fast verdoppelt und könnte sich bis 2030 nochmals verdoppeln. Um damit reale Reichweiten über 600 Kilometern zu erreichen, sind aber neben der Weiterentwicklung der LIB-Zellen auch raum- und gewichteinsparende Innovationen und Strategien bis auf die Batterie-Systemebene sowie im Fahrzeug erforderlich. Die Akzeptanz und Nachfrage durch E-Pkw Käufer wird sich mit der Reichweite, ebenso wie mit der zunehmenden Wirtschaftlichkeit und parallel entstehenden Ladeinfrastruktur im kommenden Jahrzehnt weiter verbessern.Ist die Umweltbilanz von E-Pkw besser als bei konventionellen Pkw?Die Klimabilanz aktueller E-Pkw fällt gegenüber konventionellen Pkw über die gesamte Nutzungsdauer deutlich besser aus. Werden bei der Batterieproduktion und beim Fahren zukünftig noch mehr erneuerbare Energiequellen eingesetzt, verbessert dies die Umweltbilanz weiter. Aber wie alle Pkw haben auch E-Pkw negative ökologische Auswirkungen, welche es weiter zu verringern gilt, unter anderem auch durch ein verändertes Mobilitätsverhalten.
Reichen die Rohstoffe global aus?
Benötigte Batterierohstoffe wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Graphit sind global gesehen ausreichend vorhanden. Durch die Entwicklung hin zu Kobalt-reduzierten und Nickel-reichen Hochenergie-Batterien wird sich die Rohstoffsituation für Kobalt weiter entschärfen. Bei Lithium dürfte sie unkritisch bleiben, bei Nickel existieren noch Unsicherheiten. Für einzelne Rohstoffe sind temporäre Verknappungen bzw. Lieferengpässe oder Preissteigerungen kurz- / mittelfristig nicht auszuschließen. Für Lithium werden ausgereifte Recyclingverfahren im industriellen Maßstab künftig wichtiger.
Wie entwickeln sich Batterien und welche Reichweiten sind zu erwarten?
In den letzten zehn Jahren hat sich die Energiedichte großformatiger, in E-Pkw eingesetzter LIB-Batteriezellen fast verdoppelt auf heute durchschnittlich 200 Wattstunden (Wh)/kg bzw. 400 Wh / l. Bis 2030 könnte die (insbesondere volumetrische) Energiedichte nochmals maximal verdoppelt werden, sofern die damit einhergehenden großen Entwicklungs-Herausforderungen erfolgreich umgesetzt werden. Für E-Pkw wird sich damit deren Reichweite und die Akzeptanz der Nutzer vergrößern. Um diese Verdopplung aber bis auf Batteriesystemebene umzusetzen und reale Reichweiten der meisten E-Pkw Modelle jenseits von 600 Kilometern zu erreichen, sind zudem raum- und gewichteinsparende Innovationen in der Modul- / Packherstellung und Fahrzeugintegration nötig. Auch sind weitere Strategien zum verringerten Energieverbrauch von E-Pkw (zum Beispiel Isolation und Verringerung des Heizaufwands und Energieverbrauchs durch Elektronik, Leichtbau etc.) erforderlich.
Wie entwickelt sich die Ladeinfrastruktur?
Für das Laden von E-Pkw ist heute und in Zukunft vor allem Ladeinfrastruktur zu Hause oder am Arbeitsplatz wichtig. Für den heutigen Bedarf ist das öffentliche Schnellladenetz bereits gut ausgebaut, muss aber künftig erweitert werden. Eine finanzielle Förderung privater Ladeinfrastruktur sollte mit einer verpflichtenden Teilnahme zum Lademanagement verbunden werden, um Verteilnetz-Ausbaukosten zu vermeiden und die Integration erneuerbarer Energien zu unterstützen. Handlungsbedarf besteht bei Nutzern ohne private Lademöglichkeit sowie bei gesetzlichen Maßnahmen zum Ausbau der Ladeinfrastruktur in Mietshäusern und Wohneigentümer-Gemeinschaften. Der derzeit sehr dynamische Aufbau von Schnelllade-Infrastruktur dürfte den Bedarf an Schnellladeleistung in der kommenden Dekade decken. Die aktuellen Entwicklungen hin zu Ladeleistungen bis 100 kW für Mittelklasse-Pkw und deutlich darüber hinaus für Oberklasse-Pkw bis zu 350 kW reduzieren die künftigen Ladezeiten für E-Pkw deutlich.
Reicht die Strommenge und sind die Stromnetze für die E-Mobilität gerüstet?
Die verfügbaren Strommengen in Deutschland reichen in den nächsten Jahren für E-Fahrzeuge aus und sind für den Aus- bau der E-Mobilität kein Hindernis. Die Stromnetze müssen nur partiell für E-Fahrzeuge ausgebaut werden, da sich das Laden von E-Fahrzeugen oft zeitlich entzerrt. Lademanage- ment vermindert weiterhin einen Netzausbau und sollte deshalb gefördert werden. Der Ausbau der Netze finanziert sich über die bestehenden Netznutzungsentgelte für Strom.
Weitere Fakten rund um die Batteriethematik finden sich im Policy Brief "Batterien für Elektroautos: Faktencheck und Handlungsbedarf".
