Elek­tro­mobi­li­tät: „Deutsch­land bei F&E im Hin­ter­tref­fen“

Die Verkehrsforscher des DLR-Instituts für Fahrzeugkonzepte haben gemeinsam mit dem Wuppertal Institut Technologien, Perspektiven und Ökobilanzen für unterschiedliche Elektromobilitätsszenarien untersucht. (Bild: A. Lehmkuhl)

Die Verkehrsforscher des DLR-Instituts für Fahrzeugkonzepte haben gemeinsam mit dem Wuppertal Institut Technologien, Perspek­tiven und Ökobi­lanzen für unter­schiedliche Elektro­mobilitäts­szenarien untersucht. (Bild: A. Lehmkuhl)

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt hat gemeinsam mit dem Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie in der Studie „STROM­begleitung“ 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. Das Forschungs­projekt wurde im Rahmen des Förder­programms „STROM“ – Schlüssel­techno­logien für die Elektro­mobilität – mit 1,7 Millionen Euro vom Bundes­ministerium für Bildung und Forschung unterstützt.

Für die Studie entwickelten die Wissenschaftler des DLR eine Datenbank, in der sie sämtliche elektrifizierte Personen­kraftwagen 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 verkauft, also Plug-in Hybride und batterie­elektrische Fahrzeuge, 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 DLR-Institut für Fahrzeug­konzepte in Stuttgart. 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. (Quelle: DLR)

Referenz: Studie: Begleitforschung zu Technologien, Perspektiven und Ökobilanzen der Elektromobilität (PDF, 14,88 MB)

Link: DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte, Stuttgart / Berlin-Adlershof

 

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