Technologien, Perspektiven und Ökobilanzen für die Elektromobilität: DLR und Wuppertal Institut legen Studie vor
Deutschland ist im Hintertreffen, besonders im Bereich der Leistungselektronik, was die Forschung und Entwicklung von Schlüsseltechnologien in der E-Mobilität betrifft. Das ist das Fazit einer gemeinsamen Studie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und des Wuppertal Instituts für Klima, Umwelt, Energie (WI) unter dem Titel „STROMbegleitung“. Darin werden Technologien, Perspektiven und Ökobilanzen elektrifizierter PKW untersucht.
Die Studie gibt einen umfassenden Einblick in den aktuellen Stand der Technik, identifiziert Trends und analysiert die Ökobilanz unterschiedlicher Fahrzeugkonzepte. Gleichzeitig ordnet sie die deutschen Aktivitäten im Bereich Elektromobilität in einen globalen Kontext ein.
Fahrzeugkonzepte und Technologien: weltweit mehr als 500
Für die Studie entwickelten die Wissenschaftler des DLR eine Datenbank, in der sie sämtliche elektrifizierte Pkw erfassten und bis auf Bauteilebene analysierten – von bereits erhältlichen Serienfahrzeugen bis hin zu Prototypen und Forschungsfahrzeugen. Für den Zeitraum von 2000 bis 2013 zählten sie weltweit mehr als 500 elektrifizierte Pkw-Konzepte. Aktuell nimmt die Automobilindustrie in Japan und den USA bei der Entwicklung marktreifer Fahrzeugmodelle eine Vorreiterrolle ein und produziert die am Markt erfolgreichsten Modelle. Im Jahr 2013 wurden weltweit 210.000 Fahrzeuge mit externer Lademöglichkeit für die Batterie (Plug-in Hybride und batterieelektrische Fahrzeuge) verkauft, rund die Hälfte davon in den USA, dem derzeit größten Markt.
Was die Forschung und Entwicklung von Schlüsseltechnologien betrifft, sieht die Studie Deutschland im Hintertreffen, besonders im Bereich der Leistungselektronik. Die Technologieentwicklung treiben hier vor allem japanische Unternehmen voran. „Die Leistungselektronik spielt eine zentrale Rolle im Elektroauto: Sie steuert und lenkt den elektrischen Energiefluss im Fahrzeug und ist ausschlaggebend, um den Antriebsstrang weiter zu optimieren. Die Forschung zu Bauteilen und Materialien für die Leistungselektronik sollte deshalb in Deutschland verstärkt gefördert werden“, fasst Matthias Klötzke zusammen, Projektkoordinator der Studie beim beim DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte in Stuttgart.0. Stark aufgestellt sei Deutschland hingegen bei der Aufbau- und Verbindungstechnik sowie der Systemintegration, so Klötzke weiter. Ein weiteres Kennzeichen des Elektromobilitätssektors in Deutschland sei zudem die enge Zusammenarbeit zwischen Forschungseinrichtungen, Herstellern und mittelständischen Unternehmen, die es weiter zu fördern gelte. Ausgehend von laufenden und angekündigten Förderprogrammen weist Deutschland bereits heute die europaweit höchsten Investitionen in die Forschung und Entwicklung im Bereich Elektromobilität auf.
Seltenerdmetalle und Lithium: Rohstoffengpässe absehbar
Elektromotoren nutzen häufig Permanentmagnete auf Basis von Seltenerdmetallen. Diese speziellen Magnete zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte aus und sind leichter als vergleichbare Magnete aus anderen Materialien. Die Verfügbarkeit von Seltenerdmetallen unterscheidet sich stark: Während manche auf dem Weltmarkt aus mehreren Regionen erhältlich sind, besteht bei anderen eine hohe Abhängigkeit von wenigen Lieferländern, insbesondere China. „Um beim Ausbau der Elektromobilität Versorgungsengpässe zu verhindern, müssen wir über alternative Maschinentypen nachdenken, Recyclingverfahren für besonders knappe Rohstoffe entwickeln und nach alternativen Materialien suchen“, bilanziert Matthias Klötzke.
Bei Batterien für Elektrofahrzeuge dominiert deutlich die Lithium-Ionen-Technologie mit einem Anteil von derzeit rund 80 Prozent. Da die meisten Batterien für Elektrofahrzeuge auch in Zukunft auf Lithium basieren werden, ergibt sich hier ein ähnliches Bild wie bei den Seltenerdmetallen: Die Nachfrage nach Lithium erreichte in allen betrachteten Elektromobilitätsszenarien eine kritische Dimension. In Zukunft rechnen die Forscher deshalb mit steigenden Kosten und höheren Umweltbelastungen bei der Förderung des Metalls. Sie empfehlen, Recyclingverfahren auch für Lithium weiter zu entwickeln und großflächig einzusetzen sowie die Forschung an alternativen Batterietechnologien und Energieträgern zu fördern.
Das Forschungsprojekt wurde im Rahmen des Förderprogramms „STROM“ (Schlüsseltechnologien für die Elektromobilität) mit 1,7 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt.
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