Elektroautos kommen in Fahrt

Nach einem Aufschwung um die Jahrtausendwende ließen die Autobauer das Elektroauto wieder kurzerhand in der Schublade verschwinden. Heute erlebt es neuerlich einen Boom. Wie realistisch ist die Vision, dass der Fahrer als Stromlieferant fungiert?

Das radikalste Projekt verfolgt der frühere SAP-Kronprinz Shai Agassi. Er will gleich eine ganze Region flächendeckend zum Mekka der Elektroautos machen, nämlich sein eigenes Heimatland Israel. Dazu gründete er das mit rund 200 Millionen Dollar Risikokapital ausgestattete Vorhaben Project Better Place. Die erste Massenproduktion von Elektrofahrzeugen soll gemeinsam mit Renault-Nissan bald schon beginnen.

Ein Netz von einer halben Million Ladestationen soll parallel dazu im ganzen Land installiert werden. Um die große Vision Wirklichkeit werden zu lassen, ist aber auch das Zutun der israelischen Regierung gefragt, die durch Steuererleichterungen den Elektroautos zum Durchbruch verhelfen will. Denn bislang droht das Elektroauto an der mangelnden Energiespeicherung sowie der unzureichenden technischen Infrastruktur zu scheitern.

Die zahlreichen neuen Vorhaben, an denen sich mittlerweile so gut wie alle Hersteller in seltener Eintracht beteiligen, machen fast vergessen, dass in der Branche noch erheblicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf besteht. Forscher an der amerikanischen University of Delaware regen bereits seit Jahren an, Elektro- und Hybridautos auch in das Lastmanagement von Stromnetzen einzubauen.

Elektro-Auto von Renault-Nissan: Im Rahmen von Project Better Place sollen in Israel eine halbe Million Ladetankstellen für Autos entstehen (Foto: Project Better Place).

Woher kommt der schnelle und preisgünstige Strom?

Während der nächtlichen Standzeiten etwa, in denen mangels Stromnachfrage Strom besonders billig zu haben ist, könnten diese Autos als Zwischenspeicher dienen. Für Lastspitzen könnte der Auto-Akku dann den Strom direkt in das Netz einspeisen Die Universität Delaware arbeitet bereits an einer technischen Standardlösung, im Fachjargon als Vehicle-to-Grid (V2G) bezeichnet.

Das kalifornische Unternehmen AC Propulsion setzt die Konzepte der Forscher schon um - und hat einen Fahrzeug-Prototypen hergestellt. Das Herzstück der Erfindung ist der Bordcomputer des Autos, der Breitband über Stromkabel nutzt. Ab einer kritischen Masse von mehreren Tausend eingebundenen Fahrzeugen rechnet das Unternehmen mit relevanten Auswirkungen des Systems auf die elektrische Versorgung.

Der wirtschaftliche Anreiz läge darin, dass ein einzelnes Auto um die 4000 Dollar Stromlagerkosten abdecken könnte, kalkulieren die Experten. Das High-Power-System selbst ist mit Einbaukosten von rund 600 Dollar veranschlagt.
In den USA hat der Medienhype um das Elektroauto mittlerweile bereits eine kritische Masse an kaufwilligen Interessenten erreicht, die bis in die Luxusklasse hinein reicht. Kein Wunder, denn nicht jedermann kann sich die teure Technologie leisten. Als Heimat von vermögenden Eliten mit Umweltwünschen gilt vor allem Kalifornien. Zahlreiche Unternehmen feilen unterstützt von wagnisbereitem Risikokapital an der Vision, stationäre und mobile elektrische Akkus wie Lithium-Ionen-Batterien mit regionalen Stromversorgungsnetzen zu verknüpfen.

Im Moment noch eine Studie aus den USA, bald vielleicht Realität: Massenfahrzeug Golf mit Akkupack und Elektromotor (Foto: AC Propulsion).

Als Vorreiter gilt indes der Tesla Roadster, der bereits in diesem Jahr in die Serienproduktion gehen soll.

Wann kommen funktionierende Serienfahrzeuge?

Aber auch andere prominente Vertreter wie Zenncars oder Fisker Automotive setzen auf reinrassige elektronische Energiespeicher, statt auf hybride Modellvarianten á la Toyota mit dem Prius.

Bei dem so genannten Plug-in-Hybrid-Konzept geht es darum, ein Elektrofahrzeug mit einem herkömmlichen Motor zu koppeln. Dieser dient jedoch nicht dem Antrieb des Autos, sondern er lädt nur die Batterien. Hinter derartigen Projekten stehen auch erfahrene Spezialisten, wie der ehemalige Designchef des Volkswagen-Konzerns Murat Günak, der das mit Venture Capital ausgestattete Schweizer Unternehmen Mindset AG gründete.

Um für alle erdenklichen Modellvarianten in der Zukunft gewappnet zu sein, hat sich der findige Experte jedoch ganz im Gegensatz zu den radikalen Visionen aus Kalifornien und Israel erneut eine kleine Hintertüre offen gelassen. So kann der Kunde den Benzinmotor je nach Bedarf wieder aus- beziehungsweise einbauen lassen.

Die meisten der aufstrebenden jungen Unternehmen peilen serienreife Produkte für die nächsten zwei bis drei Jahre an. Um die zahlreichen technischen Herausforderungen zu meistern, gilt es jedoch auch weiterhin, erhebliche finanzielle Mittel in die Entwicklung der Prototypen zu investieren. So vergab Fisker Automotive erst kürzlich ein Forschungsbudget von rund 14,5 Millionen Dollar an Quantum Technologies, um die Plug-in-Hybrid-Lösung für das Modell Fisker Karma weiter vorwärts zu treiben.

Die nächste Generation des Hybrid-Vorreiters Prius von Toyota soll mit Ladebuchse kommen. Volle Akkus sollen das Fahrzeug 30 km weit bringen - völlig ohne Benzin. Für den Weg zur Arbeit oder zum Einkaufen dürfte das reichen (Foto: Toyota).

Einsatz auf Ballungsgebiete begrenzt

Vor allem im städtischen Nahverkehr wäre das Elektroauto laut Experten eine sinnvolle Option. Rund 70 bis 80 Prozent der Autobesitzer bewegen sich schließlich während der Woche nur in einem Umkreis von 60 Kilometern pro Tag. Wer das Auto also ausschließlich für den Weg zur Arbeit nutzt und die Leistung der Batterien nicht vollständig ausschöpft, der bräuchte so gut wie kein Benzin nachzutanken, da das Auto jeweils abends an der Steckdose wieder seine Frischzellenkur erhielte.

Von einer ausgereiften Infrastruktur könnte sowohl der private Käufer als auch das betriebliche Fuhrparkmanagement profitieren. Voraussetzung hierfür wäre aber eine dezentral organisierte Infrastruktur in der Energieerzeugung beziehungsweise -verteilung. So müssten etwa Car-Ports am Wohnstandort mit Photovoltaik auf dem Dach und an der Arbeitsstelle, ebenfalls mit Photovoltaik ausgestattet, den Zugriff auf die mobilen Stromspeicher zu für die Wirtschaft und Industrie interessanten Tageszeiten herstellen.

Doch bis diese Vision tatsächlich greift, wären sowohl politische, als auch wirtschaftliche und technologische Rahmenbedingungen zu schaffen. Zu den technologischen Vorreitern gehört auch das deutsche Unternehmen Li-Tec Battery GmbH & Co KG. Denn als eine Achillesferse gilt nach wie vor die Kapazität der Akkus. Sie müsste quasi unabhängig vom ergänzenden Verbrennungsmotor funktionieren, um die hybride Variante durch das reine Elektroauto abzulösen. Li-Tec setzt darauf, auf dem Weltmarkt erfolgreich zu sein. Eine Kooperation mit Volkswagen und anderen Unternehmen soll dem Elektroauto zum Durchbruch verhelfen.

Genfer Automobilsalon – Nissan präsentiert den Pivo2. Das Elektroauto feiert sein Europadebüt auch auf dem Genfer Autosalon vom 6. bis 16. März. Das Fahrzeug treiben vier in den Rädern integrierte Elektromotoren mit jeweils 15 kW/20 PS an. Diese beschleunigen den runden Dreisitzer auf 120 Stundenkilometer. Eine Akkuladung reicht für zirka 125 Kilometer. Danach lässt sich die Batterie binnen sechs Stunden wieder aufladen. Ob die lange Ladezeit den Käufer nicht vergrätzt, wird die Zeit erst noch zeigen (Foto: Genfer Automobilsalon).

Um den hohen Forschungs- und Kapitalbedarf zu stemmen, hat sich das Unternehmen zahlreiche strategische Investoren wie die Evonik Degussa GmbH ins Boot geholt, die ihr technologisches Know -how arbeitsteilig einbringen. Im Vergleich zu herkömmlichen Blei-Batterien oder Nickel-Cadmium-Batterien weisen Lithium-Ionen-Akkus eine höhere Zellspannung von 3,6 Volt auf. Sie zeichnen sich durch eine sehr hohe Energie- und Leistungsdichte aus und besitzen deshalb bei geringerem Gewicht und Volumen eine hohe Kapazität beziehungsweise Strombelastbarkeit.

Stolperstein Lithium-Ionen-Technologie

Allerdings sind sich auch die Firmenchefs der Autobauer darüber im Klaren, dass sie noch weitere technologische Fragen lösen müssen. Lithium-Ionen-Batterien zeichnen sich dadurch aus, dass zwischen Anode aus einer Lithium-Graphit-Verbindung und Kathode aus Lithium-Cobaltoxid, die durch einen Separator getrennt sind, beim Be- und Entladen Ionen fließen. Die Energie wird über eine negative Kupferelektrode und eine positive Aluminiumelektrode zugeführt und abgegeben.

Gefragt im Bereich der Lithium-Ionen-Forschung ist vor allem eine sichere Technologie. Keramische Membranen stellen die Schlüsselkomponente von innovativen Akkutechnologien dar, da sie Anode und Kathode auch bei höheren Temperaturen voneinander trennen. Die bislang üblichen Separatoren aus Polyethylen oder Polypropylen sind potentiell brennbar. Auch ihre Lebensdauer ist aufgrund der Porenstabilität noch begrenzt.

Dies soll sich jetzt ändern. Bei der gemeinsam von Li-Tec und Evonik Degussa GmbH entwickelten Technologie Separion handelt es sich um eine doppelseitige keramische Beschichtung (PET-Polymermatrix), die eine entsprechend hohe chemische und thermische Stabilität aufweist. Die Aufgabe von Li-Tec besteht darin, die Elektroden und Separator zu großformatigen Lithium-Ionen-Zellen zusammenzubauen.

Tesla setzt bereits auf die Lithium-Ionen-Technologie: 6831 Notebook-Akkus sorgen für den nötigen Dampf (Foto: Tesla Motors).

Lithium-Ionen-Batterien könnten künftig in größerer Anzahl als Großbatterien in modernen Elektro- und Hybridfahrzeugen eingesetzt werden, sofern die Batteriematerialien thermisch und mechanisch besonders belastbar und vor allem sicher sind. Jedoch setzen einige kalifornischen Hersteller wie Tessla Motors gerade auf den umgekehrten Weg - und sehen eher in der Miniaturisierung der Energiespeicher den Königsweg.

Massenfahrzeug oder Luxuskarosse?

Dennoch scheinen mittlerweile sogar die deutschen Automobilhersteller geneigt, auf den Trend in Richtung Elektrisierung einzuschwenken, den sie bislang weitgehend verschlafen haben. So kündigte Opel jetzt an, dass bis 2012 ein umweltfreundliches Elektroauto auf den Markt bringen will. Mit einer Lithium-Ionen-Batterie soll das rein elektrische Modell auf eine Strecke von 60 Kilometern ausgelegt sein. Bis dahin gilt es, die Leistungsfähigkeit der Batterie weiter zu steigern.

Auf den Markt der gewerblich genutzten Fahrzeuge zielt Autobauer Karmann ab. Er will in Kooperation mit der Firma Ecocraft Automotive künftig elektrisch betriebene kleine Lieferwagen für die gewerbliche Nutzung etwa bei Kommunen oder Handwerksbetrieben produzieren. Während die deutschen Hersteller sich also allmählich an den Markt und die damit verbundene komplexe technische Realisierung herantasten, beginnt der kalifornische Hersteller Tesla Motors mit der Serienproduktion.

Denn angetrieben wird die Entwicklung zweifellos von den lupenreinen Elektrospezialisten, die auf der Basis erfolgversprechender Technologien zu einem späteren Zeitpunkt in der Wertschöpfungskette der großen Hersteller aufgehen könnten. Am Beispiel des Tesla Roadster wird aber auch deutlich, dass derartige Modelle mit einem Preis von rund 100.000 Dollar derzeit eher etwas für die Schönen und Reichen dieser Welt sind.

So umgeben sich einflussreiche Wirtschaftsführer, aber auch Filmstars und Politiker, nur allzu bereitwillig mit dem zeitgemäßen Glamour der Umweltfreundlichkeit. Vorausgesetzt, das Fahrzeug funktioniert einwandfrei und bleibt vor einem wichtigen Termin nicht irgendwo auf der Strecke mit Energiemangel liegen.

Luxus-Karosse mit Elektro-Herz: Lexus liefert seinen RX auf Wunsch mit zusätzlichem E-Motor neben dem Verbrenner als Hybrid aus (Foto: Toyota).

Ein reinrassiges Elektrofahrzeug für den Durchschnittskäufer, der lieber auf den Geldbeutel als auf das reine Gewissen schaut, scheint derzeit noch weit entfernt. Schließlich könnte der Sieger sogar aus einer ganz anderen Ecke kommen. Asiatische Billigmarken um die 5000 Euro könnten bald schon den europäischen und amerikanischen Markt erobern und dem Umweltgedanken einen Strich durch die Rechnung machen, ebenso wie der Siegeszug der spritfressenden Offroad-Varianten in den letzten Jahren.

Fazit

Die Lithium-Ionen-Batterie stellt derzeit sowohl eine wesentliche Hürde als auch einen wesentlichen Teil der Lösung dar. Doch die Technologie muss nicht nur sicher funktionieren und Hitzebildung ausschalten, sondern sie muss auch leistungsfähiger werden. Toyota hat etwa für seine erfolgreichen Standard-Hybridmodelle, bei denen sowohl Benzin- als auch Elektromotor das Fahrzeug antreiben, derzeit noch keine Lithium-Ionen-Technik eingeplant. Auch Daimler setzt bei seiner Projektkooperation mit dem Energieversorger RWE derzeit noch auf die umweltfreundliche Natrium-Nickel-Chlorid-Batterie.

Dennoch gibt es auf dem Gebiet der Lithium-Ionen-Technologie weitere Fortschritte, die Hoffnung machen. Dem Stuttgarter Autobauer gelang es nämlich, die bislang überwiegend in der Consumer-Elektronik eingesetzte Lithium-Ionen-Technik passgenau auf die hohen Anforderungen im Automobilbereich ab-zustimmen. Der neue Energiespeicher soll ab dem kommenden Jahr zunächst einmal im S 400 Blue-Hybrid zum Serieneinsatz kommen.

Lothar Lochmaier

Quelle: jns und Agenturen
16.März 2008