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BATTERIEN MACHEN DAS RENNEN

Batterien werden kontrovers diskutiert. Dennoch setzen die Mehrheit der Hersteller und der Gesetzgeber auf batterieelektrische Fahrzeuge – eine richtige Entscheidung.

  • Batterien haben signifikante Vorteile gegenüber allen Alternativen
  • Klassische Treibstoffe, wie Diesel- und Benzin sind weder aus ökonomischer noch ökologischer Perspektive sinnvoll
  • Hybride sind nicht mehr als eine Brückentechnologie
  • Brennstoffzellen haben einen schlechten Wirkungsgrad im Vergleich zu Batterien und werden sich in der Masse nicht durchsetzen

In der diesjährigen und viel kontrovers diskutierten Studie des Münchner Wirtschaftsforschungsinstituts Ifo werden Elektro-Autos für ihre schlechte Umweltbilanz kritisiert. In der Studie kam man zum Ergebnis, dass Elektroautos mehr CO2 produzieren als Dieselfahrzeuge. Mit diesem Befund steht die Studie jedoch ziemlich allein da. Sie hat jedoch eine große Diskussion über die Sinnhaftigkeit von Batterien insbesondere im Vergleich zu Alternativen angestoßen. Diverse Publikationen, so auch die berüchtigte und mittlerweile widerlegte „Schwedenstudie“, verbreiteten das Gerücht der umweltschädlichen Batterie. Die Studie beziffert den ökologischen Fußabdruck einer Batterie mit bis zu 17t CO2. Ein Wert, der unter anderem vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI stark entschärft wurde. Ganz unabhängig vom viel diskutierten Umweltaspekt von Batterien, stellt sich natürlich auch die Frage der Wirtschaftlichkeit.

Im folgenden Beitrag wird genauer beleuchtet, wieso die Batterie die Zukunft der Mobilität ist und eine Kernrolle für erneuerbare Energien spielt.

Klassische Verbrennungsmotoren sind weder ökologisch noch ökonomisch sinnvoll

Die klassischen Antriebstechnologien – Benzin- (Ottomotor) und Dieselmotoren – haben uns über ein Jahrhundert sehr gute Dienste geleistet. Im 21. Jahrhundert haben sie ihre zentrale Rolle in der Energieerzeugung, sowohl in der Mobilität als auch als Generatoren, verloren. Sprunghafte Effizienzsprünge sind nicht mehr möglich, weshalb der Elektromotor in Kombination mit Batterien bereits heutzutage den Verbrenner in vielerlei Hinsicht in den Schatten stellt.

Ein Verbrennungsmotor ist hoch komplex und beinhaltet rund 2.500 unterschiedliche Bauteile, die entwickelt, gefertigt und montiert werden müssen. Im Gegensatz dazu besteht ein Elektromotor nur aus rund 250 Teilen. Hinzu kommen noch die unzähligen Verschleißteile und aufwändige Getriebestränge. Nicht umsonst fürchten After-Sales-Abteilungen und Werkstätten, dass mit der E-Mobilität Umsätze signifikant zurückgehen werden. In einem Fahrzeug, das rekuperieren kann, nutzen sich beispielsweise die Bremsen deutlich weniger ab. Eine niedrigere Anzahl an Bauteilen führt dazu, dass auch die Werkstattbesuche und benötigte Instandhaltungen insgesamt abnehmen. Volkswagen spricht von 20-30% geringeren Wartungskosten. Somit ist für die Bewertung von BEVs nur eine ganzheitliche Kostenbetrachtung, die neben den Anschaffungskosten auch die Betriebskosten mit einbezieht, sinnvoll.

Nicht erst seit dem Abgasskandal steht der Verbrennungsmotor unter erheblicher Kritik. Durch den Verbrennungsprozess in Automotoren entstehen durch Benzin oder Diesel schädliche Gase und Feinstaube. Benziner weisen einen erhöhten CO2 Ausstoß auf und Dieselmotoren stoßen besonders stark Rußpartikel (Feinstaub) und Stickoxide aus. Hieraus ergeben sich die unmittelbaren (Smog in den Städten) und mittelbaren (Klimawandel) Folgen.

Die Luftverschmutzung durch Autos ist bereits so hoch, dass teilweise Fahrverbote in verschiedenen Großstädten durchgesetzt wurden oder zumindest im Gespräch sind. Insbesondere in Hinblick auf diese lokalen Emissionen haben batterieelektrische Fahrzeuge einen unschlagbaren Vorteil: Keine Emissionen im Betrieb.

Wenn man über den ökologischen Fußabdruck der Batterie spricht, sind es vor allem zwei Aspekte, die betrachtet werden müssen: die Batterieproduktion und die Energiequelle. Die Gewinnung der Rohstoffe und die Produktion der Batteriezellen und Module machen den Großteil der Emissionen von Batterien aus. Mit zunehmender Effizienzsteigerung sinken allerdings nicht nur die Kosten, sondern auch die Emissionen. Hinzu kommt, dass Hersteller vermehrt auf klimaneutrale Zellproduktion setzen. Trends wie diese werden den ökologischen Koffer, den Batterien bereits vor Inbetriebnahme mit sich herumtragen kontinuierlich verkleinern.

Ein Kerntreiber der Frage, ab welcher Laufzeit ein E-Auto die klassischen Verbrenner in Punkto Klimafreundlichkeit überholt, ist der Strommix. Die Rechnungen ab wann ein batterieelektrisches Fahrzeug eine bessere Klimabilanz hat, variieren extrem, je nach Annahmen und gewählten Parametern. Laut einer Studie des Magazins Edison vom Handelsblatt ergibt sich ein Klimavorteil der BEVs gegenüber Diesel- und Benzinfahrzeugen ab den ersten 50.000 bzw. 40.000 km. Garantien für Batterien liegen mit 160.000 bis 200.000 km deutlich darüber. Für die Analyse wurden die Produktionsstandards und der deutsche Strommix aus dem Jahr 2017 angenommen. Man darf davon ausgehen, dass sich im Verlauf der Energiewende der Vorteil gegenüber Verbrennern weiter stark zu Gunsten der BEVs verschiebt.

Hybride taugen nur als Brückentechnologie

Ein häufig genanntes Argument gegen BEVs ist die vermeintlich limitierte Reichweite bzw. der lange Ladeprozess. Eine naheliegende Lösung, die auch von nahezu allen Herstellern angeboten wird, ist die Kombination der Batterie mit einem Verbrennungsmotor. Damit vereinen Hybride alle positiven und negativen Aspekte beider Antriebstechnologien. Der Hybrid bietet lokale emissionsfreie Fahrt auf der Kurzstrecke. Auf weiteren Strecken kommt der Verbrennungsmotor zum Einsatz. Soweit logisch. Allerdings bedeutet das auch, dass sämtliche Vorteile durch die kombinierten Nachteile konterkariert werden. Jeder Hybrid ist in Summe komplexer, da beide Technologien komplett verbaut werden müssen. Darüber hinaus kommen die Fahrer nie in den Genuss der Leistungsstärke und des Drehmoments eines reinen E-Motors – auch ist das Grollen eines V8 Motors damit Geschichte. Es ist klar, dass Hybride nur eine Brückentechnologie auf dem Weg zum reinen E-Auto darstellen. Ob es sinnvoll ist, bei durchschnittlich nur 39km Fahrt jeden Tag, eine gesamte Alternativtechnologie mit zu transportieren, sei dahingestellt. Die Analogie mit einem Pferdeanhänger für die ersten Verbrenner, mit einem Notfallzugpferd, sollte der Sprit einmal ausgehen, drängt sich allerdings auf.

Wirkungsgrad der Brennstoffzelle nur bei 30 Prozent der eingesetzten Energie

Li-Ion Cell vs. Fuel CellAls die große Alternative zu batterieelektrischen Fahrzeugen angepriesen, fristet die Brennstoffzelle aktuell ein Nischendasein. Dabei ist ein Wasserstoff-Fahrzeug nichts anderes als ein Elektrofahrzeug, mit dem feinen Unterschied, dass die Brennstoffzelle Kraftstoff in Strom umwandelt, während eine Batterie Energie in chemischer Form speichert. Bei der sogenannten „Kalte Verbrennung“ reagiert ein kontinuierlich zugeführter Brennstoff (z. B. Wasserstoff aus Erdgas) mit einem Oxidationsmittel (z.B. Sauerstoff aus Luft). Dabei wird elektrische Energie und Wärme erzeugt. Bei der Reaktion wird ausschließlich Wasserdampf produziert. Das Ganze hat auf den ersten Blick natürlich einen gravierenden Vorteil– man kann wie gewohnt tanken. Tankstellen bleiben bestehen, es geht schnell und bequem und die Problematik bezüglich der Reichweite ist kein Thema mehr.

Nun, das ist so korrekt, wie es falsch ist. Aktuelle Zapfsäulen können keineswegs für Wasserstoff verwendet werden, das heißt, es muss eine komplett neue Infrastruktur aufgebaut werden – da könnte man gleich ein Netz aus Schnellladesäulen bauen, die mittlerweile Fahrzeuge in unter einer halben Stunde laden. Auch das ist irreführend, weil BEVs eigentlich kaum noch Tankstellen im herkömmlichen Sinne benötigen. Abgesehen von Langstreckenverbindungen werden Batterien im normalen Tagesgeschäft aufgeladen – auf der Arbeit, beim Einkaufen oder nachts beim Parken.  Bei genauerer Betrachtung ist das Thema „Tanken“ also ein weiterer riesiger Pluspunkt von BEVs.

Well-to-Wheel EfficiencyHinzu kommt, dass Wasserstoff nur in flüssiger Form (sehr energieaufwändig in der Herstellung) oder gasförmig unter hohem Druck gespeichert werden kann. Der Well-to-Wheel (W2W) Wirkungsgrad von batteriebetriebenen Autos liegt bei 77 Prozent. Die Brennstoffzelle hingegen erreicht nur einen Wirkungsgrad von 30 Prozent der eingesetzten Energie – zur Wahrheit bei der Brennstoffzelle gehört also auch, dass man mindestens doppelt so viele Windräder bzw. Solaranlagen bauen müsste wie beim BEV, um den nötigen „grünen“ Strom für die Produktion zu gewinnen.

Neben diesen theoretischen Argumenten gibt es ein ganz praktisches Problem: Es ist bisher keinem Hersteller gelungen, die Brennstoffzelle massentauglich zu produzieren. Global betrachtet wurden 2018 17.000 Brennstoffzellenfahrzeuge produziert – Tesla hat im gleichen Zeitraum 14-mal so viele Fahrzeuge verkauft. Insgesamt ist die Technologie der Brennstoffzelle nicht annährend ausgereift und wird noch Jahre brauchen, um erfolgreich in der Masse eingesetzt zu werden. So wird der Brennstoffzellenmotor derzeit als hochpreisige Nische des Automobilmarkts angesehen, der vom Markt verdrängt wird, sobald die Batterie alle Anforderungen des Markts erfüllen wird. Für bestimme Anwendungsfälle könnte sie dennoch zum Einsatz kommen. Zu diesem Ergebnis kam auch die Volkswagen AG in ihrem Beitrag zum Thema Wasserstoff oder Batterie.

Li-Ionen Batterien sind die Zukunft der Mobilität

Eins ist sicher, das Elektroauto ist nicht mehr aufzuhalten. Es passt perfekt in die künftige Welt aus dezentraler Energieversorgung und modernen Mobilitätskonzepten, es ist Sinnbild für die Digitalisierung in Wirtschaft und Gesellschaft. Die Vorteile des Elektroantriebs gegenüber Verbrennern sind zu frappierend. Sie haben das Potential den CO2-Fußabdruck in der Mobilität substanziell zu senken und sind damit die beste Antwort auf eine der größten Herausforderungen dieses Jahrhunderts, den Klimawandel

Abgesehen von rationalen Argumenten, wird sich kaum jemand der jemals ein BEV gefahren ist über das Fahrerlebnis – wahnsinnige Beschleunigung durch sofortiges, hohes Drehmoment, exzellentes Handling und Reaktionsfähigkeit durch den niedrigen Schwerpunkt – beschweren können.

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    TWAICE unterstützt Unternehmen industrieübergreifend mit prädiktiver Batterie-Analytiksoftware basierend auf digitalen Zwillingen. Wir befähigen unsere Kunden, Batteriesysteme effizienter und nachhaltiger zu entwickeln und einzusetzen sowie deren Zuverlässigkeit und Haltbarkeit zu verbessern. Präzise Vorhersagen des Batteriezustands und der Alterung optimieren die Entwicklung und den Betrieb von Batterien signifikant. Die genaue Bestimmung des Batteriezustands ermöglicht darüber hinaus die Zertifizierung der Batterie für die Wiederverwendung in anderen Anwendungen.
    TWAICE wurde 2018 nach über vier Jahren Forschung als Spin-Off der Technischen Universität München gegründet und hat seinen Hauptsitz in München. Kunden kommen aus verschiedensten Branchen, von Elektrowerkzeugen über Autos bis hin zu stationären Energiespeichern.
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