Batterieelektrisches Fahrzeug

Autofahren mit elektrischer Energie

Elektromobilität bezeichnet die Nutzung von Elektrofahrzeugen und elektrisch betriebenen Plug-in-Hybridfahrzeugen für den Personen- und Güterverkehr, sowie die Bereitstellung der zum Aufladen am Stromnetz benötigten Infrastruktur. Der Begriff wird in der politischen Diskussion um den Klimaschutz und dessen Verankerung in Konjunkturmaßnahmen verwendet. In Deutschland hat die Bundesregierung einen Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität erstellt, dessen Ziel es ist, Deutschland zum Leitmarkt für Elektromobilität zu machen und bis 2020 eine Million Elektrofahrzeuge auf die Straßen zu bringen.

Potenziale und Probleme

Gegenüber dem auf Verbrennungsmotoren basierenden Verkehr bietet die Elektromobilität sowohl aus volkswirtschaftlicher als auch aus ökologischer Sicht eine Reihe von Vorteilen: die Verringerung von CO₂-Emissionen durch Nutzung von Strom aus nicht fossilen und erneuerbaren Energiequellen, die Sicherheit der Energieversorgung durch Diversifizierung der Energiequellen, sowie die Verringerung von Schadstoffemissionen und Lärm. Dem stehen eine Reihe von Problemen zumeist technischer Art gegenüber: Kapazität, Sicherheit und Erschwinglichkeit von Traktionsbatterien müssen erheblich gesteigert werden, und die Erhöhung der Reichweite erfordert erhebliche Effizienzsteigerungen durch intelligente Systemintegration, Leichtbau und Neukonzeption aller Nebenaggregate. Zudem muss für eine intelligente Einbindung in das Verkehrssystem und für die Bereitstellung von Zugängen zum Stromnetz gesorgt werden.

Politische Diskussion

Gegenstand der öffentlichen Debatte ist die ökologische Bewertung von Hybridfahrzeugen, Brennstoffzellenfahrzeugen und Elektrofahrzeugen, deren Akkus mit Strom aus dem herkömmlichen Energiemix aufgeladen werden. In der Betrachtung von der Quelle zum Rad (well to wheel) erscheint die Energieeffizienz des Elektrofahrzeugs manchmal etwas höher als die des Fahrzeugs mit konventionellem Verbrennungsmotor. Es ist fraglich, ob daraus auch schon bei konventionellem Strommix ein Klimavorteil abgeleitet werden kann. Sein volles Potential für den Klimaschutz entfaltet das Elektrofahrzeug zweifellos erst bei Verwendung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen. Offen ist auch die Frage, wie angesichts begrenzter Reichweiten und hoher Investitionen für ein Elektrofahrzeug Nutzerakzeptanz geschaffen werden kann und welche Instrumente staatlicher Steuerung und Unterstützung ergriffen werden sollen.

Initiativen und Programme

Der Grundstein für die Förderung der Elektromobilität in Deutschland wurde im Integrierten Energie- und Klimaprogramm (IEKP) der Bundesregierung von 2007 gelegt. Konkrete Maßnahmen wurden erstmals im Zusammenhang mit der Nationalen Strategiekonferenz Elektromobilität Ende 2008 in Deutschland diskutiert. Erste Förderprogramme dazu wurden im Rahmen des Konjunkturpakets II Anfang 2009 auf den Weg gebracht. Zuvor hatte sich im Rahmen der Innovationsallianz LIB 2015 ein Industriekonsortium verpflichtet, in den nächsten Jahren 360 Millionen Euro für Forschung und Entwicklung bei Lithium-Ionen-Akkus zu investieren.

Im Rahmen des Konjunkturpakets II

Im Rahmen des Konjunkturpakets II wurden von den Bundesministerien für Wirtschaft und Technologie (BMWi), für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS), für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), für Bildung und Forschung (BMBF) und für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) Fördermittel in der Höhe von insgesamt 500 Mio. Euro für Projekte in 15 Themengebieten ausgeschrieben. Koordiniert werden die Projekte von den jeweiligen Projektträgern der Ministerien, z.B. von der VDI/VDE-IT als Projektträger Elektromobilität des BMU.

Die 15 Themengebiete sind:

1. Aufbau eines Kompetenznetzwerks Systemforschung Elektromobilität (BMBF)
2. Etablierung von Forschungszentren zur Steigerung der Kompetenz in der Elektrochemie (BMBF)
3. Energieforschung: neue Förderinitiative „ Stromwirtschaftliche Schlüsselelemente der Elektromobilität: Speicher, Netze, Integration“ mit den Förderschwerpunkten: „Stromspeicher“, „Netze der Stromversorgung der Zukunft“, „Konzepte zur Netzintegration“ und „Brennstoffzellen“ (BMWi)
4. Entwicklung von Produktionstechnologien für Li-Ionen-Zellen/-Batteriesysteme (BMBF)
5. Verkehrsforschung: kurzfristige Umsetzung aktueller Projektvorschläge (z. B. Komponenten und Systeme zur Bremsenergie-Rückgewinnung, Optimierung des Antriebsstrangs, On-Board Stromerzeugung zur Reichweitenerhöhung, Nutzung der Motorabwärme zur Erzeugung elektr. Energie, relevante Aspekte der Normung und Standardisierung), wissenschaftliche Vorbereitung und Begleitung von Feldversuchen (Daimler/RWE, Hybrid-Abfallsammelfahrzeug) (BMWi)
6. Erweiterung der Projekte im Rahmen von E-Energy: Neuer Forschungs- und Förderschwerpunkt des BMWi (”IKT für Elektromobilität”) und des BMU („Intelligente Netze, erneuerbare Energien und Elektromobilität“) IKT-basierte Lade-, Steuerungs- und Abrechnungs-Infrastrukturen, elektronische Marktplätze und IKT-basierter Technikbetrieb von E-Mobility-Konzepten und ihre Einbindung in elektronische Versorgungsnetze, Dienstleistungen, Geschäftsmodelle, Normen und Standards (BMWi / BMU)
7. Feldversuche Elektromobilität im Pkw-Verkehr. Forschungsfragen: u.a. Alternative Ladeverfahren, Weiterentwicklung der Netzintegration Erneuerbarer Energien, Erprobung und Akzeptanz weiterentwickelter Antriebssysteme. Der erste Flottenversuch mit 50 Mini-E wurde am 22. Juni 2009 in Berlin gestartet..(BMU)
8. Flottenversuch Elektromobilität im Wirtschaftsverkehr. Forschungsfragen: Entwicklung eines Verfahrens zur Netzintegration Erneuerbarer Energien unter Nutzungsprofilen im Wirtschaftsverkehr, Erprobung der Fahrzeuge unter Alltagsbedingungen, Ermittlung des Energiebedarfs und der Nutzerakzeptanz. (BMU)
9. Am 24. August 2009 wurde das Förderprogramm Modellregionen Elektromobilität in Deutschland gestartet. Für die Regionen stehen insgesamt 115 Millionen Euro zur Verfügung. Die Koordination übernimmt die Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW). Folgende Modellregionen werden gefördert (BMVBS):
   • Hamburg
   • Bremen/Oldenburg
   • Rhein-Ruhr (mit Schwerpunkt Aachen und Münster)
   • Rhein-Main
   • Sachsen (mit Schwerpunkten Dresden und Leipzig)
   • Stuttgart
   • München
   • Berlin-Potsdam
10. Batterietestzentrum (Zellen, Batterien, Systeme, Crashverhalten) für Zellen, Batterien, Systeme (BMVBS)
11. Forschung und Entwicklung für eine Pilotanlage im Bereich Recycling von Lithium-Ionen-Traktionsbatterien (BMU)
12. Hybridbusse für einen umweltfreundlichen ÖPNV (über KfW) Kleinflotten von mindestens 10 Bussen bei kommunalen Verkehrsbetrieben (BMU)
13. Aufbau von 25 Pilot-Wasserstofftankstellen (BMVBS)
14. Modellvorhaben zu „Mobil mit Biomethan“ (Demonstration der gesamten Bereitstellungskette zur Produktion und Nutzung von Biomethan als Kraftstoff inkl. systemanalytischer Begleitforschung) (BMELV)
15. Errichtung einer Pilot-Synthese-Anlage zur Herstellung hochwertiger synthetischer Kraftstoffe („Bioliq“ beim Forschungszentrum Karlsruhe) (BMELV)

Auf Europäischer Ebene

Die Europäische Kommission misst der Elektromobilität im Rahmen der Green-Cars-Initiative des European Economic Recovery Plan Bedeutung bei. Bis 2013 sollen gemeinsam mit der Industrie eine Milliarde Euro für Forschung und Entwicklung für dieses Thema bereitgestellt werden. Es wurde ein Ad-Hoc Beratungsgremium geschaffenen, dem Vertreter der beteiligten Generaldirektionen der Europäische Kommission sowie der europäischen Technologieplattformen European Road Transport Research Advisory Council (ERTRAC), European Technology Platform on Smart Systems Integration (EPoSS) und SmartGrids angehören. Diese und die Interessensverbände der Automobilhersteller und -zulieferer (EUCAR) und European Association of Automotive Suppliers (CLEPA) haben Vorschläge für die Ausgestaltung der Green-Cars-Initiative unterbreitet und erstellen jetzt eine Roadmap der Europäischen Industrie. Es wird eine Verzahnung der Förderungsaktivitäten in Deutschland und Europa angestrebt.

In Frankreich

Die französische Regierung hat am 9. Februar 2009 den „Pacte Automobile“ veröffentlicht, in welchem sie ihre Absichten und Ziele in der Entwicklung der Elektromobilität konkretisiert. Neben der Gründung einer Arbeitsgruppe zum Ausbau der Infrastruktur enthält das Papier konkrete Zahlen zu den geplanten Fördergeldern. Es sollen insgesamt 250 Mio € an Krediten für die Entwicklung „grüner Produkte“ bereitgestellt werden, außerdem wurden sofort 50 Mio € in den „fonds démonstratuer“ gezahlt, welcher bis 2012 insgesamt 400 Mio € für die Entwicklung von Prototypen und Vorführmodellen von Elektroautos bereitstellen soll. Eine erste Ausschreibung des Fonds wurde bereits abgeschlossen, hier wurden 11 Projekte mit insgesamt 57 Mio € unterstützt. Die Bewerbung zu einer zweiten Ausschreibung endete im Juni 2009. Zusätzlich unterstützt die französische Regierung den Kauf von Elektroautos mit einem Bonus von 5.000 € beim Erwerb eines Autos mit weniger als 60 g/km CO2 Ausstoß. Als Ziel bis 2012 wurde die Zahl von 100.000 Elektroautos auf französischen Straßen gesetzt.

In Großbritannien

In Großbritannien unterstützt die “Low Carbon Vehicles Innovation Platform“ des Technology Strategy Board Forschung-, Entwicklungs- und Demonstrationsprojekte zur Elektromobilität. Inzwischen wurden mehrere Ausschreibungen, wie zum Beispiel Ende Februar 2009 für kosteneffektivere und leistungsstärkere Hybrid- und Elektrofahrzeuge in Höhe von 10 Mio ₤, veröffentlicht.

In Italien

Anfang 2009 hat das Wirtschaftsministerium Italiens 180 Mio. € im Rahmen des Industria 2015 Projekts bereitgestellt. Hier soll Mobilität im Allgemeinen, vor allem aber das Elektroauto gefördert werden.

In Spanien

In Spanien soll das Pilotprojekt Movele des Instituts für Energiediversifizierung und –Speicherung (IDEA) und das spanischen Wirtschafts- und Tourismusministerium die technische, wirtschaftliche und energietechnische Umsetzbarkeit von Elektroautos demonstrieren. Bis 2014 sollen hier 1.000.000 Elektroautos auf den Straßen zu finden sein. 2009 / 2010 werden 10 Mio. € zur Einführung von 2.000 Elektroautos und 500 öffentlichen Aufladestationen bereitgestellt.

In Schweden

Das schwedische Verkehrsministerium hat zusammen mit der Energiebehörde und Vinnova das Joint Vehicle Research Programme in Form einer Private Public Partnership (PPP) ins Leben gerufen. Von 2009 bis 2013 sollen hier jährlich 90 Mio. € zur Entwicklung zukunftsorientierter Technologien in den Bereichen Sicherheit, Umwelt und Verkehrsfluss investiert werden.

In Österreich

In Österreich wurden 2009 drei Programme zu Energieforschung, Automobilentwicklung und Marktvorbereitung begonnen. Jährlich wollen das Ministerium für Umwelt und das für Transport, Entwicklung und Technologie 150 Mio. € an Fördergeldern bereitstellen. Der Schwerpunkt liegt auf R&D-Projekten und Prototypen der Elektromobilität.

In der Schweiz: Emissionsfreie Gemeinden

Weltweit gibt es eine Reihe von Orten, in denen Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren nicht zugelassen sind und die oft als autofrei bezeichnet werden. Dazu zählen die schweizerischen Orte Braunwald, Gimmelwald, Mürren, Niederrickenbach, Riederalp, Saas Fee, Stoos, Wengen BE und Zermatt. Für Gäste, die mit dem Auto anreisen, stehen bei diesen Orten an der jeweils letzten mit dem Auto erreichbaren Bahnstation bzw. der Talstation Parkplätze bzw. -häuser zur Verfügung, beispielsweise für Mürren und Wengen in Lauterbrunnen, für Zermatt in Täsch.

Zugelassen sind zum Beispiel in Zermatt Elektrofahrzeuge, die aber mit Rücksicht auf die vielen Fußgänger und die Verkehrssicherheit nur maximal 20 km/h schnell fahren dürfen. Von diesen, mit Ausnahme der Elektrobusse, kleinen und schmalen Elektrofahrzeugen sind aber viele unterwegs, als Transportfahrzeuge der Handwerker, als Lieferfahrzeuge der Supermärkte, Geschäfte, Gaststätten und Hotels, sowie um als Taxis oder Hotelzubringer Gäste und deren Gepäck vom Bahnhof abzuholen. Je nach Einsatzprofil besitzen die Betreiber je Fahrzeug zwei oder drei Akkus zum Wechseln. Verwendet werden einfache Bleiakkus. Gut 57 Prozent des Stroms werden mit Wasserkraft produziert. Allerdings steht die für Elektroautos verwendete Strommenge, die rechnerisch aus Wasserkraftwerken bezogen wird, nicht mehr als Ersatz für Strom aus Wärmekraftwerken zur Verfügung.

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  Transfer von Gepäck und Touristen in Zermatt mit Elektrofahrzeugen

In Saas-Fee sind mit Ausnahme von Arzt, Feuerwehr, Müllabfuhr etc. nur Elektrofahrzeuge erlaubt.

In den USA

Das amerikanische Energieministerium (DOE) stellt im Rahmen des „American Recovery and Reinvestment Act“ (ARRA) 2,4 Mrd US$ zur Unterstützung der Entwicklung elektrischer Fahrzeuge bereit, darunter 1,5 Mrd US$ für Forschung und Entwicklung im Bereich der Traktionsbatterien. Damit sollen die Meilensteine eines fünfjährigen Entwicklungsplan erreicht werden, der auf die Verdoppelung der Energiedichte, Verdreifachung der Lebensdauer und eine Kostensenkung von 30% für Batterien abzielt und nach dem bis 2015 eine Million Plugin-Hybrid- und Elektrofahrzeuge auf Amerikas Straßen fahren sollen. Anfang August 2009 gab das DOE eine Liste von 48 Projekten bekannt, die mit diesen Mittel gefördert werden sollen.

In Japan

Das japanische Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie (METI) hat eine Roadmap für Traktionsbatterien erstellt, die auf eine Verdreifachung der Energiedichte und eine Kostensenkung auf 20% des heutigen Niveaus innerhalb der nächsten zehn Jahre abzielt. Dies soll durch eine enge Zusammenarbeit zwischen Industrie, Regierung und Universitäten geschehen. Bei der Umsetzung der Batterieforschungsziele spielt Japans „New Energy and Industrial Technology Development Organization“ (NEDO) eine Schlüsselrolle. NEDO leitet u.a. das für den Zeitraum 2007 bis 2011 angelegte Projekt „Development of High performance Battery Systems for Next-generation Vehicles“ (Li-EAD) und hat im Frühjahr 2009 mit 22 Partnern aus Industrie und Forschung ein Programm gestartet, dessen Ziel es ist, die Energiedichte von Li-Ionenbatterien für Elektrofahrzeuge auf das Fünffache des heute erreichbaren Stands zu erhöhen. Dazu wurde an der Universität Kyoto ein gemeinsames Forschungszentrum eingerichtet.

In China

Laut einer Veröffentlichung des Argonne National Laboratory macht China derzeit große Fortschritte im Bereich der Lithium-Ionen-Technologie. Die chinesische Regierung hat ein Programm zur Gewinnung von Joint-Venture-Partnern und anderen Kooperationen ausländischer mit chinesischen Unternehmen gestartet, zusätzlich bietet sie inländischen Unternehmen Prämien und Kapital zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien für alle Anwendungsgebiete. Bereits mehr als 40 Unternehmen haben mit der Produktion von z.B. LiMn2O4, LiCoO2 and LiFePO4Kathoden begonnen, wobei sie Energiedichten von 130 Wh/kg erreicht und die Kosten im Vergleich zum amerikanischen und europäischen Markt auf etwa 1/3 gesenkt haben.