KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Auf Deutschlands Straßen könnten im Jahr 2030 bis zu sechs Millionen Elektrofahrzeuge unterwegs sein.

Elektroautos genießen zunehmend mehr Akzeptanz – Foto:
Daniel Litzinger / Pixelio

Beziehen diese den Strom zum Fahren aus zusätzlichen erneuerbaren Energien, fahren sie emissionsfrei und können einen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Zu diesem Ergebnis kommt das Öko-Institut, das Marktpotenziale von elektrisch betriebenen Fahrzeugen sowie ihre Auswirkungen auf den Strombedarf und den Klimaschutz analysiert hat. Das Projekt „OPTUM – Optimierung der Umweltentlastungspotenziale von Elektrofahrzeugen“ wurde gefördert vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit.

Marktpotenziale der Elektrofahrzeuge

Die Analysen zeigen: Die Millionenmarke auf dem Markt für Elektroautos kann im Szenario der Forscher im Jahr 2022 überschritten werden. Dann können zwei Drittel aller anfallenden Strecken mit einem elektrisch betriebenen Fahrzeug zurückgelegt werden. Während lange Fahrten mit einem rein batterieelektrischen Fahrzeug (Reichweite von maximal 160 Kilometern) noch schwierig sind, bewältigen so genannte Plug-In-Hybridfahrzeuge durch die Kombination aus Elektro- und konventionellem Antrieb längere Strecken wie Urlaubsfahrten problemlos.

„Elektrofahrzeuge können im Jahr 2030 einen Marktanteil von rund 14 Prozent aller Fahrzeuge erreichen“, setzt Florian Hacker, Wissenschaftler am Öko-Institut die Zahlen in Relation, „bei den neu zugelassenen Fahrzeugen kann der Anteil sogar rund 30 Prozent betragen. Den Großteil machen dabei nach unseren Berechnungen die Plug-In-Hybriden aus.“

Klimaschutz nur mit zusätzlichen erneuerbaren Energien

Für die Beantwortung der Frage, wie sauber Elektrofahrzeuge sind und ob sie einen Beitrag zum Klimaschutz leisten können, ist entscheidend, welcher Strom zum Einsatz kommt. Die Klimabilanz von Elektrofahrzeugen ist nur dann ausgewogen, so die Untersuchungen des Öko-Instituts, wenn zusätzliche Kapazitäten erneuerbarer Energien in den Strommarkt gebracht werden. Nur dann kann ihr Betrieb emissionsfrei erfolgen. Im Jahr 2030 können Elektrofahrzeuge so rund 5,2 Millionen Tonnen CO2 – verglichen mit einem Szenario ohne Elektrofahrzeuge – vermeiden. Dies entspricht einer Minderung der Gesamtemissionen des Pkw-Verkehrs um etwa sechs Prozent bis zum Jahr 2030.

„Elektroautos können eine Rolle für das Erreichen von Klimaschutzzielen spielen“, so Hacker weiter. „Aber wir dürfen auch die konventionellen Pkw nicht aus den Augen verlieren. Werden benzinbetriebene Fahrzeuge bis zum Jahr 2030 deutlich effizienter, können diese allein die Treibhausgasemissionen des Pkw-Verkehrs um 25 Prozent reduzieren.“

Im Fokus: Wechselwirkungen mit dem Strommarkt

Durch die Elektromobilität entsteht im Jahr 2030 eine zusätzliche Stromnachfrage von etwa elf Terawattstunden – dies entspricht etwa zwei Prozent des heutigen Gesamtstromverbrauchs in Deutschland. Die Frage zu welcher Tageszeit die Elektroautos am Stromnetz geladen werden, spielt eine entscheidende Rolle für die Bewertung des Klimaschutzpotenzials.

Die Analyse nach Tageszeiten zeigt: Laden viele Elektrofahrzeuge gleichzeitig ihre Batterien auf, zum Beispiel abends nach der letzten Fahrt, können ungünstige zusätzliche Nachfragespitzen zu Uhrzeiten auftreten, in denen ohnehin viel Strom gebraucht wird. Deshalb, so die Expertinnen und Experten des Öko-Institut, müsse ein Lademanagement die Batterieladezeit steuern. Um hohe Nachfragepeaks und damit den Einsatz teurer Spitzenlastkraftwerke zu vermeiden, würde das Lademanagement die Batterieladung auf kostengünstigere Zeiträume mit geringerer Nachfrage oder mit hoher Windeinspeisung verschieben.
Gleichzeitig kommen so aber auch CO2-intensive, klimaschädliche Kohlekraftwerken verstärkt zum Einsatz, die für die Grundversorgung in Deutschland – insbesondere nachts – aktiv werden.

„Mit Lademanagement können die Elektrofahrzeuge gut in den Strommarkt integriert werden und auch in einigen Situationen von überschüssigem Wind- oder Solarstrom profitieren“, erklärt Charlotte Loreck, Expertin für Strommarktfragen am Öko-Institut. „Der entscheidende Faktor für die Klimafreundlichkeit der Elektrofahrzeuge ist jedoch der Bau zusätzlicher erneuerbarer Energien.“

Die zusätzlichen Erneuerbaren sollten übers Jahr so viel Strom liefern, wie die Elektrofahrzeuge verbrauchen, sie müssen jedoch nicht gleichzeitig mit der Ladung der Batterien einspeisen. „Die Fahrzeuge werden auch dann laden, wenn der Wind gerade nicht weht“, so Loreck weiter. „Aber dafür verdrängen die zusätzlichen erneuerbare Energien dann konventionellen Strom in anderen Stunden. Für die Klimabilanz ist wichtig, dass die Summe stimmt.“

Hohe Akzeptanz für Elektrofahrzeuge – Methodik und Modelle

Rund zwei Drittel der Autokäufer würden sich beim Kauf eines Neuwagens im Jahr 2020 für ein rein batterieelektrisches Fahrzeug oder einen Plug-In-Hybrid entscheiden. Dies ergab die Simulation des Autokaufs im Rahmen einer Befragung von rund 1.500 Neuwagenkäufern, die durch das Institut für sozial-ökologische Forschung durchgeführt wurde. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Öko-Instituts kombinierten diese Analysen mit den Daten der Verkehrserhebung „Mobilität in Deutschland“, die 77.000 Personen aus 26.000 Haushalten nach ihrem alltäglichen Fahrverhalten befragt.

Mit Hilfe dieser Informationen zu Akzeptanz und Verkehrsverhalten entwickelten die Expertinnen und Experten unter Mitwirkung eines Stakeholder-Kreises ein Szenario zur Marktdurchdringung von Elektromobilität in Deutschland bis zum Jahr 2030. Das Strommarktmodell PowerFlex des Öko-Instituts bestimmt schließlich die Auswirkungen auf den Strommarkt und die CO2-Bilanz für elektrisch betrieben Fahrzeuge.

Weitere Informationen

Studie „OPTUM: Optimierung der Umweltentlastungspotenziale von Elektrofahrzeugen – Integrierte Betrachtung von Fahrzeugnutzung und Energiewirtschaft“ des Öko-Instituts und des Instituts für sozial-ökologische Forschung (ISOE), gefördert vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU)

Das Bundesbauministerium hat ein neues Förderprogramm für Modellhäuser aufgelegt, die den sogenannten „Plus-Energie-Standard“ erfüllen.

Fördertopf für Plus-Energie-Häuser geöffnet – Foto: Siegfried Baier / Pixelio

Dafür stehen zunächst im Jahr 2011 rund 1,2 Millionen Euro bereit.
Mit dem Förderprogramm für Energie-Plus-Häuser werden Bauherren unterstützt, die Gebäude errichten, die deutlich mehr Energie produzieren, als für deren Betrieb notwendig ist. Diese Energie soll insbesondere für die Elektromobilität zur Verfügung stehen.

Die Modellprojekte werden im Rahmen eines wissenschaftlichen Begleitprogramms ausgewertet. Mit den Ergebnissen soll das Energiemanagement von modernen Gebäuden verbessert und die notwendigen Komponenten für die energieeffiziente Gebäudehülle und die Nutzung erneuerbarer Energien fortentwickelt werden.
Das BMVBS wird im Rahmen dieses Netzwerkes ein eigenes Plus-Energie-Haus mit Elektrofahrzeugen bis Ende des Jahres als Forschungsobjekt und Schaustelle in Berlin errichten.

Die neue Fördermaßnahme richtet sich an alle Bauherren oder deren bevollmächtige Vertreter – z.B. Privatpersonen, Institutionen, Unternehmen. Gefördert werden zunächst ausschließlich Wohngebäude (Ein-, Zwei-, Reihen-, und Mehrfamilienhäuser), die in Deutschland errichtet werden. Die Gebäude sollen in der Lage sein, neben allen Funktionen des Hauses wie Heizung, Warmwasser, Beleuchtung oder Haushaltsstrom, Elektrofahrzeuge oder weitere externe Nutzer wie z.B. benachbarte Häuser zu bedienen. Sie sollen unter realen, das heißt bewohnten Bedingungen, getestet und evaluiert werden. Dazu wird den Bauherren jeweils eine Expertengruppe zur Seite gestellt. Die Forschungsergebnisse werden anschließend veröffentlicht. Dank der gewonnenen Erkenntnisse soll das Energiemanagement von modernen Gebäuden verbessert und die notwendigen Komponenten für die energieeffiziente Gebäudehülle und die Nutzung erneuerbarer Energien fortentwickelt werden.

Hier finden Sie die Antragsunterlagen (Auf der Startseite ganz unten)

Derzeit befindet sich die Novellierung des Sondervermögens “Energie- und Klimafonds” im parlamentarischen Verfahren.

Klimawandel verschärft die Armut. Hier wird das Geld dringend gebraucht. – Foto: qayyaq / Pixelio

Dabei besteht die Gefahr, dass geplante Mittel für die nationale Energiewende zulasten international getätigter Zusagen aufgebracht werden. Dazu erklärt ein Bündnis von umwelt- und entwicklungspolitischen Nichtregierungsorganisationen:

Im Zuge der Energiewende steht auch eine Reform des Sondervermögens “Energie- und Klimafonds” an, das im letzten Jahr zur Finanzierung nationaler und internationaler klimarelevanter Ausgaben geschaffen wurde. Um die Einnahmeausfälle aus der Atomwirtschaft zu kompensieren, sollen ab 2012 nun alle Erlöse aus der Versteigerung im Rahmen des Emissionshandels vollständig in diesen Fonds fließen. “Positiv ist, dass die Gelder im neuen ‘Energie- und Klimafonds’ zweckgebunden für klimarelevante Ausgaben sind; und dass sich der Fonds nach dem Verursacherprinzip aus den Erlösen des Emissionshandels im Sinne eines sich selbst finanzierenden Klimaschutzsystems speist”, erklärt Christoph Bals, Politischer Geschäftsführer von Germanwatch.

Stefan Krug, Leiter der Politischen Vertretung von Greenpeace Deutschland, erläutert: “Mehr als 2 Milliarden Euro sollen zur Finanzierung der nationalen Energiewende aufgewendet werden. Dieses Geld darf nicht zur Finanzierung der Elektromobilität und zur Entlastung von energieintensiven Unternehmen zweckentfremdet werden. Das wäre klimapolitisch falsch und würde den Anteil der internationalen Klimafinanzierung schwächen.”

Die Organisationen befürchten aber, dass die mit der Energiewende gestiegenen Anforderungen an Mittel für den nationalen Klimaschutz zulasten international getätigter Zusagen Deutschlands gehen könnte. Paul Bendix, Geschäftsführer von Oxfam Deutschland sieht dies ähnlich: “Mit dem gestiegenen Mittelbedarf zur Finanzierung der Energiewende in Deutschland, etwa zur Förderung von Energiesparmaßnahmen im Gebäudebereich, besteht die Gefahr, dass im Sondervermögen umgeschichtet wird und Mittel für die nationale Energiewende von der finanziellen Unterstützung der armen Länder abgezogen werden. Das aber hieße, von der einen in die andere Tasche zu wirtschaften.”

Deutschland habe sich international verpflichtet, den Klima- und Regenwaldschutz sowie die Anpassung an den Klimawandel in Entwicklungsländern finanziell zu unterstützen, gibt Eberhard Brandes, Vorstand WWF Deutschland, zu bedenken. “Deutschland muss – ebenso wie alle anderen Industriestaaten – seinen Beitrag dazu leisten, bis 2020 für die jährliche Klimafinanzierung 100 Milliarden USD zu mobilisieren. Dies ist eine zusätzliche Verpflichtung, die nicht durch nationale Anstrengungen zur Beschleunigung der Energiewende unterminiert werden darf.”

NABU-Präsident Olaf Tschimpke weist darauf hin, dass die Mittel aus dem Sondervermögen nur für zusätzliche Maßnahmen des internationalen Klima- und Umweltschutzes verwendet werden dürfen. “Daraus folgt, dass die Internationale Klimaschutzinitiative (IKI) sowie alle weiteren internationalen klimarelevanten Mittel in vollem Umfang erhalten bleiben. Gerade die IKI hat sich in der Praxis bewährt und ist ein international stark nachgefragtes Instrument. Kürzungen sind undenkbar.”

Eine ausgewogene Mittelverwendung zwischen nationaler und internationaler Klimafinanzierung müsse schnellstmöglich sichergestellt werden. “Mindestens 30 Prozent braucht die internationale Klimafinanzierung. Angesichts der zu erzielenden 3 Milliarden Euro aus dem Emissionshandel sollten ab 2013 also mindestens 1 Milliarde Euro für den internationalen Bereich verwendet werden”, so Thomas Hirsch, entwicklungspolitischer Beauftragter und Klimaexperte von “Brot für die Welt”. Bis 2020 solle der Anteil für internationale Klimafinanzierung auf 50 Prozent anwachsen.

Dr. Katharina Reuter, Leiterin Geschäftsstelle Klima-Allianz, macht zudem deutlich, dass der Haushaltsausschuss die im Sondervermögen momentan noch gesperrten internationalen Mittel in Höhe von 950 Millionen Euro dringend freigeben müsse. “Das wäre ein wichtiges politisches Signal für die internationalen Klima-Verhandlungen. Außerdem würden diese Mittel jetzt dringend gebraucht, um innovative Ansätze wie zum Beispiel die Deutsche Klimaschutztechnologie-Initiative (DKTI) zu finanzieren oder Maßnahmen im Waldschutz- und Anpassungsbereich. Der Haushaltsausschuss darf hier nicht weiter auf Zeit spielen. Der Klimawandel wartet nicht.”

Bisher gehörte Erdgas zu den fossilen Brennstoffen. Künftig kann man aus Gas auch umweltfreundlichen Strom erzeugen.

Autos können mit Gas aus Sonnenenergie fahren – Foto: Rainer Sturm / Pixelio

Forscher des Fraunhofer IWES und des ZSW Stuttgart sind an einem Projekt beteiligt, in dem Audi und SolarFuel eine neuartige Anlage errichten. Sie wandelt Strom aus Wind und Sonne erstmals im industriellen Maßstab in Methan um, also in künstlich hergestelltes Erdgas. Während sich Strom schlecht speichern lässt, kann man das Erdgas problemlos lagern. Bei Flaute und bedecktem Himmel kann man daraus über Gaskraftwerke wieder Strom erzeugen, oder den Tank von Gasautos damit füllen.

Auf  Feldern und Äckern drehen sich zunehmend mehr Rotoren von Windkraftwerken, und auf den Dächern sieht man statt Ziegeln vermehrt Solaranlagen. An einem windigen sonnigen Tag liefern diese Anlagen oft mehr Strom als die Verbraucher benötigen – an windstillen lauen Tagen reicht die Stromproduktion dagegen nicht aus. Den Strom zu speichern und später zu verwenden, gestaltet sich recht schwierig. Hier soll das neue Technologiekonzept »Power-to-Gas« künftig helfen, das Forscher vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Kassel gemeinsam mit ihren Kollegen des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg ZSW in den letzten Jahren entwickelt haben. Sie wandelt Strom aus erneuerbaren Energien in Methan um, in künstlich hergestelltes Erdgas – auch e-gas genannt, kurz für erneuerbares Gas. Der Vorteil: Im Gegensatz zu Strom lässt sich das Methan lagern. Herrscht ein Mangel an Strom, kann das Gas in Gaskraftwerken erneut Strom erzeugen. Außerdem lassen sich damit herkömmliche Erdgasautos betanken. Das Methan und Erdgas die gleichen chemischen Eigenschaften haben, braucht das Auto dafür nicht umgerüstet werden. »Unser Konzept Power-to-Gas löst gleich zwei Kernprobleme der Energiewende: Die Speicherung von erneuerbaren Energien und die Versorgung mit klimafreundlichem Kraftstoff. Damit wird eine stabile Stromversorgung auch mit Wind- und Solarenergie möglich«, sagt Dr. Michael Sterner, leitender Wissenschaftler am IWES.

Betrieb der Anlage ab 2013

Die Firmen SolarFuel und Audi setzen dieses Technologiekonzept nun erstmals im industriellen Maßstab um – gemeinsam mit dem IWES und dem ZSW. Die Anlage, die 2013 in Betrieb gehen soll, wird eine Leistung von 6,3 Megawatt haben, etwa so viel wie drei große Windräder oder 1000 Photovoltaikanlagen. Das für den Prozess benötigte CO2 wird aus einer Biogasanlage des Partners EWE in unmittelbarer Nähe bereitgestellt, die Reststoffe und Abfälle verwertet und klimaneutrales CO2 liefert. Das erzeugte Methan wird in Werlte in Niedersachsen in das Gasnetz eingespeist, wo es dann in Deutschlands größten Speichern, den Gasspeichern, lagert. Von dort aus strömt es über die vorhandenen Erdgasleitungen zu den Verbrauchern.

Doch wie funktioniert das Verfahren? Der elektrische Strom spaltet Wassermoleküle zunächst in Wasserstoff und Sauerstoff auf. Lässt man den Wasserstoff mit CO2 reagieren, entsteht das Methan. Das Verfahren an sich ist seit langem bekannt. Es in großem Maßstab einzusetzen, um Netzengpässe durch erneuerbaren Energien auszugleichen, ist dagegen ein gänzlich neuer Ansatz. »Strom- und Gasnetz zu koppeln, ist ergänzend zu Netzausbau, Lastmanagement und Kurzzeitspeichern ein Eckpfeiler der Energiewende«, sagt Prof. Dr. Jürgen Schmid, Leiter des IWES. »Es ist absehbar, dass erneuerbarer Strom zur Primärenergie wird, da sich beispielsweise Windstrom mit zur günstigsten Art und Weise der Energiegewinnung aus erneuerbaren Energien entwickelt.« Indem die Power-to-Gas-Technologie die Strom- und Gasnetze koppelt, kann sie Stromengpässe von bis zu zwei Wochen überbrücken. »E-Gas stellt die Stromversorgung mit erneuerbaren Energien und damit die Energiewende auf sichere Beine«, sagt Sterner.

CO2 aus nachhaltigen Quellen nutzen

Damit das Verfahren das Klima nicht schädigt ist es wichtig, das CO2 aus nachhaltigen Quellen zu gewinnen. Davon gibt in Deutschland genügend: Alleine in den bestehenden 50 Biogas-Aufbereitungsanlagen entstehen 500 000 Tonnen CO2. Damit ließen sich 4,8 Terawattstunden Strom speichern – das entspricht dem Jahresverbrauch von etwa eineinhalb Millionen Haushalten. Herkömmliche Biogasanlagen liefern ebenfalls sehr viel CO2. Alleine 20 Prozent der Anlagen könnten zwei Millionen Tonnen CO2 bereitstellen. Weitere große Quellen sind Bioethanolanlagen, Brauereien und Klärwerke, sie liefern 1,1 Millionen Tonnen CO2.

Nutzt man das CO2 aus Biogasanlagen für die Power-to-Gas-Anlage, ergibt sich ein weiterer Vorteil: Das Biogas, das zu 60 Prozent aus Methan und zu 40 Prozent aus CO2 besteht, wird über Biogas-Aufbereitungsanlagen üblicherweise in das Gasnetz eingespeist, um es in der Fläche einer sinnvollen energetischen Nutzung zuzuführen. Dabei entweichen etwa zwei Prozent des Methans in die Atmosphäre, man spricht von Methanschlupf. Eine heikle Angelegenheit für das Klima, da Methan auf hundert Jahre gesehen 21 mal klimaschädlicher ist als CO2. „Dieses Loch können wir stopfen, indem man das Biogas durch die Power-to-Gas-Anlage leitet. Dabei entsteht aus dem Biogas fast reines Methan, das ohne Methanschlupf aufbereitet werden kann“, erläutert Sterner.

e-gas als Tankfüllung

Auch als Kraftstoff hat e-gas eine gute CO2-Bilanz. »Über den gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs gesehen produziert ein e-gas betriebenes Fahrzeug kaum mehr CO2 als ein Elektroauto«, sagt Prof. Dr. Schmid. Elektrofahrzeuge haben zwar im Betrieb sehr geringe Emissionen, ihre Herstellung ist aber deutlich CO2-intensiver als die Herstellung von Gasfahrzeugen. »Betankt« man ein Elektroauto mit Strom aus Windenergie, stößt es zwar nur 5 Gramm Kohlenstoffdioxid pro Kilometer aus. Dafür wird bei der Herstellung sehr viel CO2 produziert: Bei einer Lebensfahrleistung von 200 000 Kilometern sind es umgerechnet je nach Fahrzeugkonzept 50 bis 60 Gramm pro Kilometer. Damit stößt ein Elektroauto insgesamt 55 bis 60 Gramm CO2 pro Kilometer aus. Ein Gasfahrzeug verursacht mit Windgas aus Windstrom zwar je nach Technologiestand 20 bis 30 Gramm pro Kilometer im Fahrbetrieb, ist aber in der Herstellung mit 30 bis 35 Gramm klimafreundlicher als das Elektroauto und kommt damit insgesamt ebenfalls nur auf 50 bis 65 Gramm pro Kilometer. Die Elektromobilität und e-gas können sich gut ergänzen. Denn bislang stellen die Batteriesysteme von Elektroautos noch eine große Herausforderung dar – ihre Reichweite ist noch sehr begrenzt und sie sind recht kostenintensiv. Möchte der Fahrer weitere Strecken zurücklegen, könnte er auf e-gas aus Wind- und Solarstrom umschalten, ohne den CO2-Ausstoss stark zu erhöhen.

Was die Wirtschaftlichkeit der Power-to-Gas-Anlage angeht, ist Sterner zuversichtlich: „Selbst bei einem ideal ausgebauten Stromnetz und optimalem Lastmanagements sind Stromspeicher nötig. Es ist daher nur eine Frage der Zeit, bis sich hier ein wirtschaftliches Konzept ergibt“, ist sich der Forscher sicher. Denn während die Speicher, die im Stromnetz vorhanden sind, die Stromversorgung nur für wenige Stunden aufrechterhalten können, bietet das Erdgasnetz eine rund 3000-fach höhere Speicherkapazität.

Website “Power to Gas”

Mit einer speziellen Kombination aus Dieselmotor und Elektroantrieb verbrauchen Stadtbusse ein Drittel weniger Treibstoff.

Hybridbus – Foto: Siemens

Siemens hat hierfür das Antriebssystem Elfa entwickelt. Der Dieselmotor treibt nicht wie üblich die Hinterachse über ein Automatikgetriebe an. Er treibt vielmehr einen Generator an, der über Leistungselektronik einen oder mehrere Fahrmotoren mit Strom versorgt.Etwa die Hälfte aller Fahrten im öffentlichen Nahverkehr in Deutschland unternehmen die Menschen in Bussen. Doch die Busse sind, wie andere schwere Fahrzeuge auch, laut und ihre Abgase schaden Mensch und Klima. Langfristige Lösung ist ein reiner Elektroantrieb. Die heutige Batterietechnik ist aber noch relativ teuer. Allerdings werden zum Beispiel in China schon einige Fahrzeuge mit innovativen Li-Ionen Energiespeichern betrieben. Wegen ihrer vielen Stopps an Ampeln und Haltestellen eignen sich für Stadtbusse daher Hybridantriebe. Sie stellen einen Zwischenschritt zu vollständig emissionsfreien Bussen dar, die entweder rein elektrisch fahren oder Batterien und Brennstoffzellen kombinieren.

Im Elfa-System von Siemens wirken die Elektromotoren beim Bremsen als Generatoren und speisen Strom in Energiespeicher zurück. Die Energie wird später dem Fahrzeug wieder zur Verfügung gestellt. Damit kann der Bus streckenweise rein elektrisch und völlig emissionsfrei fahren. Die Reichweite hängt von der Leistungsfähigkeit des Energiespeichers ab – zwischen einigen hundert Metern bis zu mehreren Kilometern.

Diese Technik macht zusätzlich mit einem cleveren Energiemanagement die Busse nicht nur sparsamer, sondern auch leise, weil das Hochdrehen des Diesels beim Beschleunigen wegfällt und der Dieselmotor in sparsameren und leiseren Drehzahlniveaus betrieben wird. Der Bus verbraucht etwa ein Drittel weniger Treibstoff, das sind bei einer jährlichen Fahrleistung von 60.000 Kilometern je nach Streckenverlauf rund 10.000 Liter Diesel.

Mittlerweile sind weltweit in verschiedenen Städten Busse mit Elfa-Antrieben unterwegs, unter anderem fährt eine Testflotte von Doppeldeckerbussen in London. Hamburg plant, in Zukunft Busse mit einem solchen Hybridantrieb einzusetzen, der statt eines Dieselmotors eine Brennstoffzelle als Energiequelle nutzt. Auch für andere Nutzfahrzeuge, die viele Stopps einlegen, wie Müllwagen oder kleine LKW, bietet sich die neue Antriebstechnik an.

Die Elektromobilität gilt als der Hoffnungsträgerin für die Zukunft.

Akzeptanz für teure Elektroautos? – Foto: Daniel Litzinger / Pixelio

Eine aktuelle Studie von Fraunhofer IAO und PricewaterhouseCoopers zeigt, mit welchen Geschäftsmodellen eine breite Akzeptanz der Elektromobilität möglich ist und wie Deutschland Leitmarkt der Technologie werden kann.
Deutschland soll Leitmarkt für Elektromobilität werden und eine Million Elektrofahrzeuge bis 2020 auf deutsche Straßen bringen – so die Forderungen von Bundesregierung und deutscher Industrie. Doch für einen Erfolg der Elektromobilität müssen alle Beteiligten an einem Strang ziehen. Das wichtigste Ziel lautet, die Nutzer für die Elektromobilität zu begeistern.

Wie können Energie- und Automobilindustrie dabei vorgehen? Und was hält der Nutzer von der Möglichkeit, künftig in einem Elektroauto zu fahren? Eine aktuelle Studie von Fraunhofer IAO und PricewaterhouseCoopers möchte diese Fragen beantworten. Im Mittelpunkt stehen die Herausforderungen, die die Elektromobilität an Industrie und die öffentliche Hand stellt sowie Chancen und Risiken dieser Entwicklung.

Grundlage für die Studie bildet eine Befragung von etwa 500 potenziellen Nutzern von Elektrofahrzeugen sowie von Experten aus Politik, Energie- und Automobilwirtschaft. Ausgehend von deren Antworten identifizierten die Autoren Lücken zwischen Erwartungen der Nutzer und tatsächlichen technologischen Möglichkeiten und leiteten Thesen für die Zukunft der Elektromobilität ab. In der Studie präsentieren sie Industrie und öffentlicher Hand Lösungsmöglichkeiten, um diese Lücken zu schließen.

Die derzeitigen Nachteile des Elektrofahrzeugs im Vergleich zum Pkw mit Verbrennungsmotor sind dabei nicht zu übersehen: Es ist zu teuer und mindert die gewohnte individuelle Mobilität der Nutzer. Innovative Mobilitätskonzepte mit neuen Features müssen die Nutzer daher beeindrucken, um die Schwachstellen aufzuwiegen.

Bei der Realisierung von Elektromobilität sehen die Autoren Potenziale für neuen Unternehmersinn und wähnen urbane Zentren als Katalysatoren der Entwicklung. Im Fokus der Betrachtung stehen nachhaltige Kooperationen verschiedener Akteure. Die Automobilindustrie hat tiefgreifende Änderungen vor sich, kann aber mit ihrer hohen Innovationskraft punkten. Energieunternehmen zögern noch aufgrund fehlender Erfahrungen und Geschäftsmodelle. Die öffentliche Hand muss Rahmenbedingungen schaffen und Infrastruktur bereitstellen. Nur integrierte Konzepte, die neben den genannten Akteuren auch die Branche der Informations- und Kommunikationstechnologie einschließen, werden auf lange Sicht erfolgreich sein – so die zentrale These der Studie.

Elektro- und Hybridfahrzeuge werden die Städte erobern: Autos, Räder, Busse und Bahnen.

Autotram: Lang wie eine Straßenbahn, wendig wie ein Bus – Foto: Fraunhofer

Neue Konzepte sind gefragt für den Individual- und den öffentlichen Personennahverkehr. In dem Großprojekt »Fraunhofer-Systemforschung Elektromobilität« erarbeiten die Wissenschaftler Lösungen für die Mobilität der Zukunft. Erste Ergebnisse liegen nun vor.
Feierabend: Die Fahrgäste stehen geduldig an der Haltestelle und warten auf ihre Buslinie. Immer wieder steigen ihnen Abgase in die Nase, wenn ein Bus hält und dann wieder anfährt. Dieses Szenario könnte bald der Vergangenheit angehören – der Stadtverkehr wird sich künftig verändern: Nicht nur Busse fahren mit Strom, mit Wasserstoff oder einer Kombination unterschiedlicher Antriebe. Ein mögliches Zukunftsgefährt ist die AutoTram®. Sie ist so lang wie eine Straßenbahn und so wendig wie ein Bus und vereint die jeweiligen Vorteile der Fahrzeuge: Schienen und Oberleitungen sind nicht notwendig – die »BusBahn« rollt auf Gummireifen und folgt einfach weißen Linien auf der Straße.

In dem Großprojekt »Fraunhofer-Systemforschung Elektromobilität« dient sie als Versuchsplattform. Das Fahrzeug ist Bestandteil des Gesamtkonzepts der Fraunhofer-Systemforschung, einer Forschungskooperation von 33 Fraunhofer-Instituten. »Wir möchten funktionsfähige Lösungen anbieten und die Elektromobilität in Deutschland voranbringen. Mit unseren beiden Versuchsplattformen – der AutoTram® und einem Pkw – zeigen wir, dass die neuen Komponenten im Zusammenspiel funktionieren«, sagt Professor Holger Hanselka, Koordinator des Projekts. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF fördert dieses Vorhaben mit insgesamt 44 Millionen Euro aus den Konjunkturprogrammen I und II für den Zeitraum von zwei Jahren. Das Projekt gliedert sich in vier Themenschwerpunkte auf: Fahrzeugkonzepte, Energieerzeugung, -verteilung und -umsetzung, Energiespeichertechnik sowie technische Systemintegration und gesellschaftspolitische Fragestellungen. Nach einem Jahr intensiver Forschungsarbeit liegen nun erste Ergebnisse vor.

»Erste Konstruktionen der AutoTram® entstanden bereits vor einigen Jahren am Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI in Dresden. Diese Kombination aus Bus und Bahn bietet unseren Kollegen und uns nun eine ideale Plattform, um neue Entwicklungen nicht nur in Simulationen, sondern in Aktion zu testen«, sagt Dr. Matthias Klingner, der das Institut seit fünf Jahren leitet. Eingebaut in das Fahrzeug können die neuen Module aus den Forschungslabors – wie Energiespeicher, Doppelschichtkondensatoren und Kupplungen – ihre Fähigkeiten in der Praxis beweisen.

Anders als Autos, die im Durchschnitt 23 Stunden am Tag parken – sind Busse und Bahnen den ganzen Tag unterwegs. So bleibt wenig Zeit, die Batterien zu laden. Ein Lösungsansatz für die AutoTram® sind Schnellladestationen an Haltestellen. An jedem dritten oder vierten Haltepunkt kann Strom gezapft werden. In 30 bis 60 Sekunden muss die erforderliche Energiemenge bei mehr als 1000 Ampere und 700 Volt aufgetankt werden. In dieser kurzen Zeit ist das nur mit Superkondensatoren möglich. Die Forscher arbeiten an den dazu notwendigen Modulen: beispielsweise an Energiespeichern, die auf Doppelschichtkondensatoren basieren, an Hochleistungswandlern und an Kontaktsystemen zur Übertragung des Stroms. Die Doppelschichtkondensatoren – auch Supercaps genannt – haben im Gegensatz zu Batterien eine hohe Leistungsdichte. Sie sind es, die dafür sorgen, dass die Ladung schnell gespeichert werden kann.

Dr. Ulrich Potthoff, Abteilungsleiter am IVI, erklärt das Prinzip anschaulich: »Batterien benötigen ihre Zeit, um aufgeladen zu werden. Man kann das vergleichen mit einer großen Badewanne mit kleinem Zufluss. Kondensatoren dagegen nehmen die Ladung sehr schnell auf, wie eine kleine Badewanne mit großem Zufluss. Allerdings können sie nur eine geringere Menge Energie speichern.« Die Ingenieure arbeiten daran, das Batteriesystem und die Kondensatoren für diese Anwendung im städtischen Verkehr zu verknüpfen. »Wir entwickeln Dualspeicher und testen auch die Kombination mit anderen Speichertypen und Brennstoffzellen«, ergänzt Potthoff. Seine Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB steuern neue Entwicklungen der leistungselektronischen Komponenten bei, wie einen Gleichspannungswandler, der das Spannungsniveau anpasst. Diese DC/DC-Wandler sind notwendig, um die Doppelschichtkondensatoren mit dem Antriebsstrang zu koppeln. Entscheidend sind auch Materialien, die der Hochstromübertragung Stand halten. Die Oberfläche der Kontakte muss sehr stabil und verschleißfest sein. Geeignete Materialien und ihre Verarbeitung haben Forscher vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS gefunden.

»Die Bauteile sind so aufeinander abzustimmen, dass sie mit allen anderen Kom-ponenten harmonieren. Wir passen am IVI die Module in das Gesamtsystem der AutoTram® ein und konfigurieren die Schnittstellen«, erläutert Potthoff. Dazu gehören auch die Lithium-Ionen-Batteriesysteme für Elektrofahrzeuge. Damit befassen sich Experten aus elf Fraunhofer-Instituten unter Hochdruck – keine einfache Aufgabe, denn an Batterien und elektrische Systeme werden höchste Anforderungen gestellt. Sie müssen sicher, langlebig und effizient sein. Die Entwicklung dieser Packs erfolgt sowohl für Pkws als auch für die Autotram®. Das Batteriesystem besteht meist aus mehreren hundert Zellen, und die entladen sich nicht immer gleichmäßig schnell. Und wenn einzelne ausfallen oder nicht mehr die vorgesehene Leistung bringen, kann die gesamte Batterie in Mitleidenschaft gezogen werden. Die einzelnen Zellen werden durch ein übergeordnetes Energiemanagementsystem gesteuert. Projektleiter Dr. Matthias Vetter vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg, der das Vorhaben koordiniert, erklärt das Grundprinzip: »Die Elektronik misst in Bruchteilen von Sekunden den Strom, die Einzelzellspannung sowie die Temperatur und ermittelt daraus den Lade- und Alterungszustand. So lässt sich für jede Zelle erkennen, ob Überladungen, Tiefentladungen, zu starke Erwärmung oder vorzeitige Alterung drohen«.

Teamarbeit ist der Schlüssel zum Erfolg: So bringen die vier Institute LBF, ISC, IWM, IVI ihre Erfahrungen in die Entwicklung einer neuartigen magnetorheologischen Motor-Generator Kupplung ein. Diese elektrisch schaltbare Kupplung funktioniert folgendermaßen: Unter Einfluss eines Magnetfeldes verändert eine integrierte Flüssigkeit ihre Konsistenz von flüssig zu fest. Der Kupplungsvorgang kann damit präzise gesteuert werden. Ausgerüstet mit hocheffizienten elektrischen Antriebsmotoren und Steuergeräten sowie Hochleistungsbatterien und Superkondensatoren kann die AutoTram® ihre Fahrgäste fast ohne Emissionen transportieren. Es sind jedoch noch technologische Hürden zu nehmen, bis die Fahrgäste, die an den Bushaltestellen warten, keine Abgase mehr einatmen zu brauchen.

Fahrer von Pkw mit alternativen Antrieben denken weniger an die Umwelt als an den eigenen Geldbeutel.

Prof. Dr. Doris Kortus-Schultes und Ingo Olschewski im Kreise der Master-Studierenden. Im Vordergrund: das Hybrid-Auto der Hochschule Niederrhein.

Sie entscheiden sich aus Gründen der Kostenersparnis für ein Fahrzeug mit alternativer Antriebstechnik und nehmen die Schonung der Umwelt als positive Begleiterscheinung gerne in Kauf. Das ist das Ergebnis einer neuen Studie des Kompetenzzentrums Frau und Auto an der Hochschule Niederrhein.

Studenten des Masterstudiengangs „Strategisches Marketing“ unter der Leitung von Professor Dr. Doris Kortus-Schultes befragten für die Studie 16 Fahrer von Autos mit alternativer Antriebstechnik. Nach diesen Fokusgruppen-Interviews machten die Studierenden vier verschiedene Motivationsstränge bei den Befragten aus: die bereits genannte Kostenersparnis („die rational Orientierten“), die Schonung der Umwelt („die ökologisch Interessierten“), die Begeisterung für moderne Technik („die Innovativen“) und das Interesse an Dynamik und Sportlichkeit („die junge Zielgruppe“).

Vor dem Hintergrund der bevorstehenden Umwälzungen auf dem Automobilmarkt ist die Studie besonders wertvoll. In den nächsten Jahren werden nahezu alle namhaften Automobilhersteller Elektro-Fahrzeuge auf den Markt bringen und dabei vor der Frage stehen, wer die Käufer dieser Autos sein werden. Um das herauszufinden, ist die Industrie auf Nutzerprofile ihrer potenziellen Kunden angewiesen. Und diese Profile liefern die Studenten der Hochschule Niederrhein jetzt am Beispiel der sehr kleinen Gruppe von Autofahrern, die bereits alternative Antriebe nutzen.

„Die Autoindustrie steht vor der Frage: Welche Kunden sprechen wir bei der Einführung der Elektroautos an? Da ist diese Art von Nutzerakzeptanzforschung sehr wertvoll“, sagt Doris Kortus-Schultes, Leiterin des Kompetenzzentrums Frau und Auto an der Hochschule Niederrhein. Nicht nur die Industrie sei brennend an den Ergebnissen der Studie interessiert, auch das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung habe die Studie bereits angefordert. Kooperationspartner Ingo Olschewski von der Forschungsgesellschaft Kraftfahrtwesen Aachen, ordnet dem Thema der Studie eine hohe zukünftige Relevanz zu: „Sie liefert wichtige Erkenntnisse zu den aktuellen strukturellen Veränderungen in der Automobilindustrie aufgrund der zunehmenden Elektrifizierung des Antriebstrangs.“

Denn auch das ist ein Ergebnis der Studie: Die Hybrid-Technik, die auf dem Zusammenspiel von konventionellen Verbrennungsmotoren und Kraftstofftank sowie einem Elektromotor und zugehöriger Batterie beruht, wurde von den befragten Fahrern eher negativ bewertet. Wer kostengünstig fahren möchte und dafür keine Einschränkungen in punkto Reichweite oder Geschwindigkeit in Kauf nehmen möchte, steigt auf Gasantrieb um. Vorausgesetzt, die vorherige Kosten-Nutzen-Analyse hat dies nahe gelegt. Sie sind eben vor allem rational orientiert, die Fahrer von Autos mit alternativer Antriebstechnik.