Frauenhofer: Faktencheck zur Zukunft der Elektromobilität

Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI hat mit einem Faktencheck Antworten auf die wichtigsten Fragen zur Elektromobilität erstellt. Betrachtet wird die Markthochlaufphase von 2020 bis 2030.

von Thorsten Bär | emobicon - CoverBild: emobicon

In diesem Überblick wollte man Stellung beziehen zu den immer wieder kontrovers diskutierten Fragen wenn es um die Batterie-Wertschöpfungskette geht. Welchen Handlungsbedarf sehen die Experten? Die Forscher des Instituts haben in einer Literturanalyse Fremd und Eigenstudien heran gezogen. Damit will man 12 zentrale Fragen beantworten. Das Gesamtfazit lautet: Der breiten Marktdiffusion von Elektroautos zwischen 2020 und 2030+ steht nichts im Wege. Es gibt allerdings noch einige Herausforderungen. Die Testergebnisse: 

Wie entwickeln sich Batterien & welche Reichweiten sind zu erwarten?

Die Energiedichte grossformatiger Lithium Ionen Batteriezellen, die in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden hat sich fast verdoppelt. Diese könnte bis 2030 noch einmal erhöht werden. Man glaubt bis 2030 könnte das soweit sein. 

Damit eine reale Reichweite über 600 km erreicht werden kann, sei neben der Weiterentwicklung der Zellen auch Innovation im Bereich von Platz und Gewicht nötig. Dazu muss auch die Batterie Systemebene  und die Fahrzeugkonstruktion neu gedacht werden. 

Klar ist, dass sich die Akzeptanz und die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen mit der Reichweite und der zunehmenden Wirtschaftlichkeit verbessern wird. Dazu muss sich dann auch die parallel entstehende Ladeinfrastruktur verbessern. Hier gibt es deutlichen Nachholbedarf.

Ist die Umweltbilanz eines Stromers besser als die eines Verbrenners?

Die Forscher von Frauenhofer ISI sehen bei der Klimabilanz aktueller Elektrofahrzeugen gegenüber konventionellen Pkw über die gesamte Nutzungsdauer einen deutlichen Vorteil der Elektro PKW.  So werden bis 2030 bei der Batterieproduktion und beim Fahren zukünftig noch mehr erneuerbare Energiequellen eingesetzt werden. Das verbessert die schon heute gegebene Umweltbilanz weiter. Wie alle Personenkraftwagen hätten zwar auch Elektroautos negative ökologische Auswirkungen, die lassen sich aber weiter verringern durch ein anderes und ein verändertes Mobilitätsverhalten.

Wird Elektromobilität zu Arbeitsplatzverlusten führen?

Viele Studien, so die Forscher, deuten insgesamt auf einen Beschäftigungsrückgang in der Automobil- und Zulieferindustrie hin.So werden die Arbeitsplatzeffekte in der Batteriezellproduktion zwar selbst limitierten, jedoch die sich aus den vor- und nachgelagerten Wertschöpfungsketten ergebenden Arbeitsplatzeffekte zunehmend relevant – und daher die Ansiedlung von Zellherstellern wichtig. Den Verlust von Arbeitsplätzen in der Automobil- und Zulieferindustrie stünden zudem Arbeitsplatzgewinne in anderen neuen Bereichen wie der Stromproduktion und Stromverteilung gegenüber. Dazu gehört auch der Aufbau einer Ladeinfrastruktur.
Um eine Abfederung vorzunehmen müssen insbesondere vom Strukturwandel betroffene Regionen und Unternehmen durch industrie- und arbeitsmarktpolitische Maß­nahmen unterstützt werden. Mit einer einhergehenden natürlichen Altersfluktuation sollte der Strukturwandel sozialpolitisch verträglich gestaltet werden.

Wie sieht es mit der Wirtschaftlichkeit von Elektrofahrzeugen aus?

Betrachtet man die reine Anschaffung von Elektrofahrzeugen, dann ist die Anschaffung  ohne Förderung noch teurer als konventionelle Fahrzeuge. Allerdings haben sich die Anschaffungskosten aufgrund sinkender Batteriepreise in den letzten Jahren stark reduziert. Dieser Trend, so die Forscher dürfte sich zudem fortsetzen.

Bis 2025 könnten sich die Anschaffungspreise auf einem ähnlichen Niveau der Verbrenner liegen. Das liegt auch daran, weil Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor im preis immer deutlicher steigen werden.  Betrachtet man die geringeren Nutzungskosten, dann sind Elektrofahrzeuge teilweise schon heute bei den Gesamtkosten besser. Durch Kaufprämien erreicht man, dass die Kostendifferenz bei der Anschaffung reduziert wird. Unsicherheiten existierten noch bei den Wiederverkufswerten. Eine Abwägung der Anschaffungskosten im Vergleich zu den laufenden Betriebskosten eines Fahrzeuges sollte mit eingeschlossen werden. Aktuell steht heute meist nur der Anschaffungspreis im Vordergrund. 

Sind die Stromnetze vorbereitet und reicht die Strommenge für mehr E-Autos?

Die verfügbaren Strommengen in Deutschland reichten in den nächsten Jahren für Elektrofahrzeuge aus. Die Forscher von Fraunhofer meinen zudem, dass der Ausbau kein Hindernis für mehr Elektromobilität darstellt.  

Wichtig sei aber, dass die Stromnetze nur partiell für Elektrofahrzeuge ausgebaut werden müsse. Hintergrund ist hier das Ladeverhalten, dass durch Verzerrung, stand Annahme und Lastmanagementsystemen geregelt werden kann. 

Zudem ist den Forschern auch klar, das ein Lademanagement einen Netzausbau vermindern wird. Dieser sollte einhergehen mit entsprechenden Förderungen. Die Forscher gehen in dem Fall auch davon aus, dass sich der Ausbau der Netze über die bestehenden Netznutzungsentgelte für Strom finanzieren lässt – so wie es heute bereits der Fall ist.

Das man häufig davon ausgeht, dass angeblich alle gleichzeitig ein Elektrofahrzeug aufladen wollen sieht man nicht.

Das Szenario Altbatterie Recycling

Laut den Fraunhofer Experten gilt das Recycling von Fahrzeugbatterien mittlerweile als technisch machbar und wird in deren Annahme industriell in Pilotanlagen umgesetzt. Eingeschlossen ist hierbei aber noch nicht, dass die Forschungsarbeit hin zu wirtschaftlichen sowie energie- und materialeffizienten Recyclingprozessen noch läuft Hintergrund hierbei sind die sich ändernden Zellchemien. Eine Betrachtung der aktuellen Gesetzeslage zum Batterierecycling werde in den nächsten Jahren erwartet. Dann rechnet man mit einem deutlichen Anstieg im Altbatterieaufkommen in Europa. Derzeit wird man Anforderung in Europa nicht gerecht.

Wie muss sich die Ladeinfrastruktur entwickeln?

Für das Laden von Elektrofahrzeugen ist heute und in Zukunft vor allem Ladeinfrastruktur zu Hause, aber auch am Arbeitsplatz wichtig. Das öffentliche Schnellladenetz ist für den heutigen Bedarf recht gut ausgebaut. Ein weiterer Ausbau ist aber unabdingbar. 

Die Forscher sagen, dass eine finanzielle Förderung privater Ladeinfrastruktur mit einer verpflichtenden Teilnahme zum Lademanagement verbunden werden sollte. So kann man bereits mittelfristig Verteilnetz-Ausbaukosten vermeiden und die Integration Erneuerbarer Energien unterstützen. 

Handlungsbedarf sieht das Fraunhofer Institut bei Nutzern ohne private Lademöglichkeit. Gesetzliche  Maßnahmen zum Ausbau der Ladeinfrastruktur in Mietshäusern und Wohneigentümer-Gemein- schaften sind notwendig. Der derzeit sehr dynamische Aufbau von Schnelllade-Infrastruktur dürfte den Forscher nach den Bedarf an Schnellladeleistung in der kommenden Dekade decken. So sieht man in den Szenarien Ladeleistungen bis 100 kW für Mittelklasse-Pkw. Deutlich darüber hinaus 350 kW. Diese Stromer  reduzieren die künftigen Ladezeiten deutlich.

Welche Rolle spielt die Zweitnutzung der Fahrzeugbatterien?

Schaut man sich Konzepte zur Zweitnutzung von Traktionsbatterien an, dann  befinden sich diese momentan in der Erprobung und könnten ab circa 2030 relevant werden – wenn mit einem nennenswerten Rücklauf ausgedienter Fahrzeugbatterien zu rechnen ist. Noch nicht absehbar ist heute, welcher Anteil dieser gebrauchten Batterien sich noch als stationäre Speichersysteme oder in anderen Anwendungen nutzen lassen wird. Für tragfähige Geschäftsmodelle müssten demnach Second-Life-Batterien zu entsprechend niedrigen Kosten und mit noch ausreichender Restperformance vorhanden und neu integrierbar sein. Zudem gibt es noch offene Fragen der Standardisierung und Gewährleistung (zum Beispiel durch entsprechende Betreiber- und Besitzermodelle). Diese müssen in einem wirtschaftlichen Geschäftsmodell berücksichtigt werden. Ausserdem ist derzeit noch fraglich, ob sich dies umsetzen lässt. In der technoökonomischen Forschung wird darüber noch kontrovers diskutiert. 

Sind Lieferengpässe zu erwarten?

Derzeit gibt es entlang der Wertschöpfungskette heute noch vereinzelt temporäre Lieferengpässe. Die Ursachen dafür sind sehr unterschiedlich.  

Beispiele hierfür finden sich bei Batterie-Rohstoffen und der Zellproduktion sowie bei der Produktion und Auslieferung von Elektrofahrzeugen. Die Hersteller sind sich dessen sehr bewusst und begegnen diesem Risiko zum Beispiel durch Diversifikation der Lieferanten, strategische Industriekooperationen entlang der Wertschöpfungskette, Forschungskooperationen, Joint Ventures und Eigenfertigung. 

Diese industriellen Bemühungen werden von der heutigen Politik unterstützt und das koordinierte Vorgehen hierbei sollte in Zukunft beibehalten werden. Damit kann man Lieferabhängigkeiten der Industrie zu reduzieren.

Reichen die erforderlichen Rohstoffe global aus?

Heute weiss man, dass benötigte Batterierohstoffe wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Graphit global gesehen ausreichend vorhanden sind. Durch die Entwicklung neuer Batterieformen und verändertem Rohstoffbedarf hin zu Kobalt-reduzierten und Nickel-reichen Hochenergie-Batterien, wird sich die Rohstoff- situation für Kobalt weiter deutlich entschärfen. Beim Lithium dürfte sie unkritisch bleiben, bei Nickel existieren noch Unsicherheiten. Für einzelne Rohstoffe sind aber temporäre Verknappungen bzw. Lieferengpässe oder Preissteigerungen kurz- / mittelfristig nicht auszuschließen. Für Lithium werden ausgereifte Recyclingverfahren im industriellen Maßstab künftig wichtiger.

Ökologische Auswirkung die oft mit dem Elektrofahrzeug benannt werden

Bei den negativen ökologischen Auswirkungen der Elektrofahrzeuge fallen Rohstoffgewinnung und die Herstellung besonders ins Gewicht. Ein Grund dafür ist ein hoher Rohstoffbedarf und die aufwendige Herstellung. Auf der anderen Seite erhöhen die vor Ort oft unzureichenden Umwelt-, Sozial- und Sicherheitsstandards bzw. fehlende Kontroll- und Regulierungsmechanismen zur Durchsetzung der Standards die entsprechenden Auswirkungen.

Für die Batterie relevante Rohstoffe sind auch weiterhin Kobalt, Lithium, Nickel, Mangan und Graphit. Batterien der Elektrofahrzeuge  benötigen außerdem seltene Erdelemente wie Neodym, Praseodym und Dysprosium für den Antriebsmotor. 

Bei der Gewinnung von Lithium aus Salzseen in Chile, Argentinien und Bolivien stellt die Wasser- verknappung bei schon bestehender Waserproblematik  die größte Sorge dar. Hier gibt es noch Forschungsbedarf und vor allem politische Lösungen. Konflikte brauchen Lösungen. 

Im Moment kommt 60 Prozent des weltweit abgebauten Kobalt aus dem Kongo, davon wiederum ca. 15 Prozent aus dem Kleinbergbau. Aus fehlenden Arbeitsschutzmaßnahmen im Kleinbergbau resultieren unter anderem der direkte Kontakt mit Schwermetallen im Gestein sowie tödliche Unfälle. Das betrifft übrigens auch Rohstoffe dieser Art in Verbrennerfahrzeugen, die diese Rohstoffe auch nutzen. 

Kinder werden hierbei für leichte Zuarbeiten beim Verkauf, aber auch für schwerste und risikoreiche Arbeiten in Vollzeit eingesetzt. Diesen Missständen gegenüber steht die Tatsache, dass der Kleinbergbau den beteiligten Menschen eine existenzsichernde Erwerbstätigkeit ermöglichen kann. Hersteller arbeiten an Lösungen und Hilfsorganisationen warnen davor, dass Menschen nicht die Existenz genommen werden darf. Lösungen sind ein Ausbau der Hilfsmassnahmen vor Ort. Politische Lösungen sind auch hier gefragt.

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