In Zukunft Elektroautos?

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E-Mobilität scheint attraktiver zu werden. Hersteller setzen immer mehr auf das Elektroauto. Doch die Alternative zum Verbrenner ist nicht unumstritten. Kritikpunkte sind die nach wie vor mangelnde Reichweite, ein hoher Bedarf an seltenen Erden wie Lithium und die Frage der Stromerzeugung. Denn nur wenn der Strom nachhaltig erzeugt wurde, machen in Zukunft Elektroautos Sinn.

Das Automobil und der CO2-Ausstoß

Der Hauptgrund für die Verwendung elektrischer Antriebe ist die Vermeidung von CO2-Ausstoß. Die Fahrt selbst erzeugt keine Emissionen. Genau wie bei Verbrenner-Fahrzeugen entsteht jedoch CO2 bei der Herstellung des Elektroautos. Beim Vergleich ist es daher wichtig, den gesamten Produkt- und Lebenszyklus zu betrachten. Das bedeutet, die Herstellung, Nutzung und Bereitstellung von Kraftstoff oder Strom mit einzubeziehen.

Entscheidend für Elektrofahrzeuge ist die Herkunft des Stroms. Wird Strom nur aus Kohlekraftwerken gewonnen, dann ist auch die CO2-Bilanz schlecht. Mit der aktuellen Stromgewinnung in Deutschland erzeugt ein Elektroauto im Vergleich bereits 27% weniger CO2-Emissionen als ein Dieselwagen. Wenn der Ausbau erneuerbarer Energien weiter geht wie bisher, sinkt der Wert auf 40% bis 2025. Ein jetzt neu zugelassenes Elektroauto erzeugt von der Herstellung bis zur Entsorgung weniger CO2, als ein Diesel- oder Benzinauto.

Batterie statt Tank – was passiert mit der Reichweite

Kernelement von Elektroautos sind Batterien. Kritiker betonen häufig, dass eine Batterieladung nicht für weite Strecken ausreicht. Derzeit liegen die Reichweiten zwischen 300 und 600 Kilometern. Laut dem Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung ist jede zweite Autofahrt kürzer als fünf Kilometer. Eine hohe Reichweite eines Autos ist also bei der Hälfte aller Fahrten irrelevant.

Ist die Fahrt länger als die angegebene Reichweite, muss aufgeladen werden. Dafür ist allerdings ein umfangreiches Netz an Ladestationen nötig. An einer normalen Tankstelle findet man nicht immer Stromanschlüsse zum Laden des Elektroautos. Ein Unterschied zum Verbrenner ist beim Aufladen jedoch deutlich: Das Elektroauto kann auch in der Garage aufgeladen werden. Legt man nur Strecken innerhalb der Reichweite des E-Autos zurück, ist man überhaupt nicht mehr auf externe Ladestationen angewiesen.

Wo kommen die Rohstoffe her?

Problematisch ist auch die Gewinnung, von Lithium, das aktuell für Batterien in großen Mengen benötigt wird. Der Abbau findet unter belastenden Bedingungen statt und die Auswirkungen auf die Umwelt können problematisch sein. In vielen Abbaugebieten gibt es weder ausreichende Arbeitnehmer- und Umweltschutzgesetze. Eine Ausnahme bildet zum Beispiel Australien. Woher das Lithium im Elektroauto am Ende kommt, lässt sich aber schwer bestimmen. Einen Teil der Lösung kann das im Juni letzten Jahres verabschiedete Lieferkettengesetz bieten. Damit müssen Hersteller detailliert angeben, von wo Rohstoffe stammen und wie sie weiterverarbeitet werden.

Kohle statt Lithium

Produkte wie das Smartphone haben die Entwicklung von Akkutechnologien bereits massiv vorangetrieben. Batterien werden kleiner, effizienter und auch das Recycling wird vorangetrieben. Außerdem ist Lithium nicht das einzige Element, das zur Batterieherstellung geeignet ist. Bereits 2014 haben japanische Forscher einen Akku entwickelt, in dem Kohle statt Lithium enthalten ist. Die Erforschung weiterer Technologien könnte so auch die Rohstoffproblematik der Elektroautos lösen.

Der direkte Weg ist am effizientesten

Der Elektromotor ist nicht die einzige Antriebsart, die keine Emissionen während des Betriebs ausstößt. Autos können auch mit Wasserstoff oder synthetisch erzeugten Kraftstoffen betrieben werden. Jedoch wird zur Herstellung der Kraftstoffe auch Strom benötigt. Effizienter ist es mit diesem Strom direkt das Auto anzutreiben. Laut dem Bundesverkehrsministerium benötigt ein Elektroauto für 100 km durchschnittlich 18 Kilowattstunden. Im Vergleich dazu verbrauchen andere Fahrzeuge durch die Herstellung des Kraftstoffes deutlich mehr Strom. Beim Wasserstoffauto sind es 54 Kilowattstunden Strom für 100 Kilometer.

An Elektroautos führt aktuell kein Weg vorbei

Bereits jetzt ist ein Elektroauto eine geringere CO2-Belastung, auch wenn dessen Entwicklung noch von Zukunftstechnologien abhängig ist. Mit diesen kann der Vorsprung noch deutlich ausgebaut werden. Eine wirkliche Mobilitätswende braucht dennoch mehr als Elektroautos. Mit durchschnittlich fünf Kilometern Fahrtstrecke ist die Hälfte aller Autofahrten auch mit anderen Verkehrsmitteln wie dem Fahrrad oder öffentlichem Nahverkehr zu bewältigen. Es müssen in Zukunft mehr verschiedene Verkehrsmittel da eingesetzt werden, wo sie am besten und am effizientesten funktionieren.

Quellen:

Lithium – Informationen zur Nachhaltigkeit, Malte Drobe, 2020, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe B1.2 Geologie der mineralischen Rohstoffe Arbeitsbereich Bergbau und Nachhaltigkeit Hannover

Informationen zur Raumentwicklung, Heft 12.2009. Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung. Caroline Stöhr

Daten zur Umwelt 2017 – Indikatorenbericht. Umweltbundesamt. Dessau-Roßlau

Mobilität in Deutschland – MiD. Ergebnisbericht. BMVI, infas, DLR, IVT, infas 360. Bonn, Berlin

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E-Mobilität: Der Antrieb für die Zukunft

Automobilindustrie

15 Millionen Elektroautos und eine Million Ladestationen bis zum Jahr 2030: Die Ziele für Elektromobilität im Koalitionsvertrag der neuen Bundesregierung sind gesetzt. Bis dahin ist es aber noch ein weiter und steiniger Weg – und der lässt sich am ehesten erfolgreich gehen, wenn die Automobilindustrie sich für Kooperationen öffnet.

Verbrennungsmotor, Wasserstoff, Plug-in-Hybrid oder Elektroauto: Die Auswahl an Antrieben ist groß. Aber nicht jeder ist gleich beliebt. Die Politik setzt auf Elektro – das haben auch die Koalitionsverhandlungen zwischen SPD, Grünen und FDP gezeigt.

Die neue Bundesregierung versteht unter Elektromobilität im Sinne des Nationalen Entwicklungsplans (NEP) „alle Fahrzeuge, die mithilfe eines Elektromotors betrieben werden und extern aufladbar sind“. Doch nicht nur die Fahrzeuge, auch das Gesamtsystem, das für die Elektromobilität notwendig ist, ist im Begriff einbezogen. Denn: E-Autos brauchen Ladestationen und Ladestationen brauchen Strom, der erst produziert werden muss ‒ und das am besten grün. Denn solange die genutzte Energie aus erneuerbaren Quellen stammt, kann der Elektroantrieb nicht nur große Effizienzvorteile mit sich bringen, sondern auch CO 2 -Emissionen signifikant mindern.

Wo wir beim Thema E-Mobilität stehen

Die Ziele der Politik für E-Mobilität sind hoch gesteckt. Und es bleiben lediglich neun Jahre Zeit, um diese Ziele zu erreichen. Eine Million geplante Ladestationen stehen in der Realität laut Bundesministerium für Umwelt derzeit rund 46.200 öffentlich zugänglichen Ladepunkten gegenüber. 15 Millionen zugelassene Elektrofahrzeuge strebt die Ampel-Koalition an ‒ heute fahren 516.518 rein elektrisch betriebene Pkws und 494.000 Plug-in-Hybride auf den deutschen Straßen (Stand Oktober 2021).

Am Angebot von E-Autos scheitert das Vorhaben nicht: Mehr als 70 elektrisch angetriebene Fahrzeugmodelle deutscher Autohersteller sind bereits auf dem Markt. Und auch der häufig genannten Kritik einer zu kurzen Reichweite wurde der Wind aus den Segeln genommen: So liegt die durchschnittliche Batteriereichweite 2021 bei 435 Kilometer; 2025 sollen es schon 784 Kilometer sein.

Weit fahren kann auch der Benziner, doch in Sachen Effizienz hat das Elektrofahrzeug die Nase vorn. Die Effizienz des Antriebs lässt sich anhand des Wirkungsgrads berechnen. Dieser zeigt, wie viel der eingesetzten Energie für die eigentliche Fortbewegung des Fahrzeugs genutzt wird. Bei normaler Fahrweise kommt der Benziner laut Bundesministerium für Umwelt auf rund 20 Prozent; der Rest der im Kraftstoff enthaltenen Energie geht zu großen Teilen als Abwärme verloren. Auch bei der Bereitstellung des Kraftstoffs ‒ von der Bohrung bis zur Tankstelle ‒ wird bereits eine hohe Menge an Energie verbraucht.

Dagegen nutzt der Motor im Elektroauto etwa 80 Prozent der zugeführten Energie zur Fortbewegung. Werden die Verluste, die durch das Laden der Batterie und die Bereitstellung des Stroms entstehen, einbezogen, ergibt sich ein Wirkungsgrad von 64 Prozent. Das heißt also: Ein E-Auto ist dreimal so effizient wie ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Und auch im Vergleich zum Auto mit Brennstoffzelle, welche mit Wasserstoff betrieben wird, ist dieser Wert hoch: Aufgrund der aktuell noch sehr aufwendigen Herstellung von Wasserstoff liegt der Wirkungsgrad dieser Fahrzeuge bei nur 27 Prozent.

Wie klima- und umweltfreundlich ist E-Mobilität?

Die Herstellung eines Elektroautos verbraucht mehr Ressourcen als die eines Pkw mit Verbrennungsmotor. Das liegt vor allem an der Batterie. Zum einen benötigt die Produktion große Mengen an Energie, die in vielen Fällen aus Kohle- und Erdölverbrennungen gewonnen wird. Zum anderen werden für Batterien wertvolle, meist seltene Rohstoffe wie Nickel, Lithium, Graphit oder auch Kobalt verwendet. Auch der Abbau dieser Stoffe kann Umweltschäden verursachen.

Dennoch bewirkt die höhere Effizienz des elektrisch betriebenen Fahrzeugs, dass das E-Auto über die gesamte Lebensdauer im Betrieb nachhaltiger ist als andere Fahrzeuge. Selbst wenn kein Ökostrom geladen wird, ist ein E-Auto nach 60.000 Kilometern Laufleistung klimafreundlicher als ein Benziner und ab 80.000 Kilometern auch klimafreundlicher als ein Diesel. Das zeigt eine Untersuchung des ifeu-Instituts. Laut Informationen des Öko-Instituts werden über die gesamte Lebensdauer circa ein Drittel der Treibhausgas-Emissionen eingespart, wenn ein Dieselauto mit einer Laufleistung von 180.000 Kilometer durch ein vergleichbares Elektrofahrzeug ausgetauscht wird.

Die Verwendung von Ökostrom in der Produktion sowie beim Ladevorgang verbessert die Klimabilanz der Elektroautos weiter. Ebenso werden Fortschritte in der Batterieentwicklung und der Fertigungsprozesse die Nachhaltigkeit der E-Mobilität vorantreiben.

Elektromobilität ist vielfältig

Die Mobilitätswende wird jedoch nicht allein durch die privaten Pkw getragen werden können. Elektromobilität ist weit vielfältiger. Schon lange gibt es etwa die elektrischen Massenverkehrsmittel wie die S- und U-Bahnen, Trams und Trolley-Busse ‒ auch in Zukunft sind das wichtige Verkehrsträger. Und auch hier gibt es neue Entwicklungen: batteriebetriebene, Hybrid- und Brennstoffzellen-Busse beispielsweise.

Das Ziel muss eine Reduzierung von Schadstoffen sowie der Lärm-Emissionen in den Innenstädten sein. Auch E-Bikes, Pedelecs, Elektro-Roller und E-Scooter sind vor allem im städtischen Bereich bereits etabliert und werden in Sharing-Modellen genutzt. Sharing-Mobility ist aktuell, da sich das Laden eines eigenen E-Autos teils noch schwierig gestaltet und Batterien aufwendig hergestellt werden müssen, eine der nachhaltigsten Möglichkeiten E-Mobilität zu nutzen.

Zusammenarbeit statt Wettbewerb: Die Lösung?

Unglaubliche Mengen benötigter Energie, der Aufbau einer neuen Ladeinfrastruktur und die aufwendige Produktion von Batterien: Die Mobilitätswende mithilfe der Elektrofahrzeuge steht trotz vieler Vorteile des E-Antriebs vor großen Herausforderungen. Die Lösung könnte Coopetition sein – ein Trend, auf den zur Förderung des Umstiegs auf Elektromobilität in der Automobilindustrie vermehrt gesetzt wird. Statt Wettbewerb unter den Automobilherstellern heißt es nun zusammen zu arbeiten.

Während Zulieferer und Autobauer beim Verbrennungsmotor noch einen großen Anteil des Know-hows selbst inhouse besitzen, ist das bei der Herstellung von Elektrofahrzeugen anders. Denn anders als beim konventionellen Auto sind nicht mehr Motor und Getriebe von Bedeutung, sondern vor allem die Batterie. Und in diesem Bereich sind Unternehmen aus der Chemie- und Elektronikbranche bereits Jahrzehnte voraus.

Der vergleichsweise geringe Wissensstand der Automobilbranche und die damit einhergehenden Kosten zwingen sie deshalb zu engeren Kooperationen mit Lieferanten. So arbeitet beispielsweise Daimler mit dem chinesischem Batteriehersteller BYD oder Volkswagen mit Varta Microbattery zusammen. Sowohl große als auch kleine Unternehmen begeben sich in einen Kooperationswettbewerb ‒ mit dem Ziel, gemeinsam neue Konzepte für eine nachhaltigere, innovativere Zukunft der Mobilität zu entwickeln.

Elektromobilität - Die Mobilität der Zukunft

Der flächendeckende Einsatz von Elektrofahrzeugen steckt noch in den Kinderschuhen.

Für Konsumenten sind die hohen Anschaffungskosten und die Reichweite eines Elektrofahrzeugs heute das Handicap Nummer eins. Aber insbesondere im Hinblick auf die Urbanisierung dieser Welt – bis hin zu Megacitys wie Tokyo, Mumbai, Sao Paolo und Shanghai – gehört die Zukunft der Elektromobilität.

Aus Konsumentensicht sprechen schon heute einige Punkte für E-Autos:

Strom wird weniger stark besteuert als Benzin oder Diesel – das „Betanken“ ist weitaus günstiger.

Elektromobilität ist emissionslos, also gut für das grüne Gewissen.

Sie bietet auch hohe Agilität, da bei einem E-Fahrzeug bereits ab Stillstand das maximale Drehmoment zur Verfügung steht und zugkraftunterbrechungsfrei beschleunigt werden kann.

Die Meinung der Konsumenten zum Thema Elektromobilität hat im Laufe der Zeit eine interessante Entwicklung vollzogen. Aus Konsumentensicht waren gemäß einer unserer Studien im Jahr 2006 die zukunftsfähigsten Antriebstechnologien noch der Hybridantrieb, die Brennstoffzelle, Kraftstoff aus nachwachsenden Rohstoffen und Erdgas. Der Elektromotor wurde dagegen kaum erwähnt. 2011 glauben bereits mehr als 50% der Konsumenten, dass in naher Zukunft alternative Antriebsmöglichkeiten die Mehrheit der neu gekauften Autos ausmachen. Auch hier gewinnt der Hybridantrieb, aber gefolgt vom Elektromotor. Erdgas und Brennstoffzelle spielen dagegen für die Konsumenten keine große Rolle mehr und Kraftstoff aus nachwachsenden Rohstoffen ist im Meinungsbild verschwunden.

"Die Meinung der Konsumenten zum Thema Elektromobilität hat im Laufe der Zeit eine interessante Entwicklung vollzogen."

Jetzt geht es an die Realisation des „zero emission“-Traums. Die Prognosen sehen bereits 2020 den Weltmarktanteil der E-Mobilität bei drei bis fünf Prozent.

Die Bundesregierung verfolgt die Absicht, bis zum Jahr 2020 eine Million Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen zu bringen. Hierzu wurde im Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit im Mai 2011 eigens das Regierungsprogramm Elektromobilität beschlossen.

Unter anderem sieht dieses Programm die Förderung der Elektromobilität durch Anreize wie:

Aufstockung der Mittel für Forschung und Entwicklung um eine Milliarde Euro bis 2013,

Kfz-Steuerbefreiung für zehn Jahre für Fahrzeuge mit einem CO2 von unter 50g/km bei Anschaffung bis zum 31. Dezember 2015,

Anpassung der Dienstwagenbesteuerung mit dem Ziel, die derzeit bestehenden steuerlichen Wettbewerbsnachteile von Elektrofahrzeugen gegenüber konventionellen Fahrzeugen als Dienstwagen zu beseitigen,

Sonderparkflächen sowie die Lockerung von Zufahrtsverboten,

Mitbenutzungsmöglichkeiten von Busspuren,

Einführung einer Kennzeichnung von umweltfreundlichen Elektroautos im Rahmen der 40. Bundesimmissionsschutzverordnung („Blaue Plakette“).

(Quelle: BMU, www.bmub.bund.de/themen/luft-laerm-verkehr/verkehr/elektromobilitaet/nationale-plattform-elektromobilitaet/)

Elektrofahrzeuge werden sich erst dann wirklich durchsetzen, wenn das Preisniveau dem eines kraftstoffbetriebenen Fahrzeugs entspricht.

Die Technologien für Energiespeicher und Netzinfrastruktur sind in ihrer Basis entwickelt, aber es besteht noch wesentlicher Forschungs-, Optimierungs- und Vernetzungsbedarf, insbesondere bei der Entwicklung der Batteriespeichertechnologie.

Internationale Marktforschung und Elektromobilität:

Mitarbeiter des Spiegel Institut Mannheim arbeiten am Forschungsprojekt des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit im Projekt „Gesteuertes Laden V2.0“ mit. Außerdem ist das Institut an weltweiten Feldversuchen zur Erforschung der Elektromobilität in Deutschland, Frankreich, UK, USA, China und Japan beteiligt.

Ausgewählte Studienbeispiele:

Das Erforschen der Einstellung der Konsumenten zum Thema Elektro-Mobilität und alternative Antriebsmöglichkeiten spielt im Spiegel Institut Mannheim seit einigen Jahren eine zunehmende Rolle. Eine Metaanalyse über die bereits durchgeführten Studien zeigt:

Anfang 2006 waren in den Köpfen der Konsumenten die alternativen Antriebsenergien noch nicht verankert, lediglich das Thema Hybridantrieb ist den Befragten ein Begriff.

Heute sind Konsumenten durch die immer größer werdende Berichterstattung in den Medien recht gut über alternative Antriebsmöglichkeiten und Technologien von Elektroautos informiert.

Konsumenten können sich mehrheitlich (75%) vorstellen ein Elektroauto zu kaufen.

Konsumenten bewerten die Nutzung von Elektroautos grundsätzlich positiv, insbesondere im Hinblick auf die größere Umweltfreundlichkeit gegenüber herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor – für 74% der jungen Generation zwischen 25 und 29 Jahren ist die Umweltfreundlichkeit sogar das Hauptargument für Elektroautos.

Konsumenten sind kritisch bei der Nutzung von Elektrofahrzeugen im Hinblick auf die Reichweite und Ladedauer, sowie die Kosten des Fahrzeugs und der Batterien.

Konsumenten sind überwiegend nicht bereit für Elektroautos einen höheren Preis zu bezahlen als für ein vergleichbares Modell mit Verbrennungsmotor.

Konsumenten nehmen kleine Einschränkungen im Komfort zu Gunsten einer umweltfreundlichen Antriebstechnologie in Kauf, aber eine Bereitschaft für den Verzicht auf wesentliche Komfortaspekte besteht kaum.

Wir helfen:

Das Spiegel Institut Mannheim bietet mit seinen innovativen Forschungsmethoden und Tools vielfältige Möglichkeiten zur Forschung im Bereich E-Mobilität: