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Quelle: ergonoMedia/photocase.com und sepphuberbauer/photocase.com

26.01.2012

Zukunft Elektromobilität - Welche Antworten bietet die Forschung?

Eine Million Elektrofahrzeuge soll es bis zum Jahr 2020 auf dem deutschen Markt geben. Dieses Ziel hat die Bundesregierung im „Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität“ im August 2009 formuliert und deshalb verschiedene Förderprogramme aufgelegt. Noch sind zahlreiche Fragen nach Umwelt- und Klimanutzen, aber auch nach Marktpotenzialen und Nutzerakzeptanz der Elektromobilität offen. Das Öko-Institut hat in verschiedenen Projekten zu diesen und weiteren Aspekten geforscht.

Nachstehende Fragen und Antworten entstammen dem Hintergrundpapier des Öko-Instituts.

Bild: Wikimedia/Gereon Meyer CC3.0Welche Potenziale haben Elektrofahrzeuge bei privaten Nutzerinnen und Nutzern?

Im Jahr 2020 würden sich etwa zwei Drittel der Neuwagenkäufer für ein Elektrofahrzeug (batte-rieelektrisches Fahrzeug oder einen Plug-In-Hybrid-Pkw) entscheiden. Dies ergab die Simulati-on des Autokaufs im Rahmen einer Befragung von mehr als 1.500 Neuwagenkäufern, die das Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE) durchgeführt hat. Je nach Fahrzeugklasse würden 12 bis 25 Prozent der Befragten ein rein elektrisches Fahrzeug wählen. Die Befragung zeigte: Je kleiner das gewünschte Auto, umso mehr Personen entscheiden sich für die elektri-sche Variante (Minis: 25 Prozent, Kleinwagen: 20 Prozent, Kompaktklasse/Vans: circa 12 Pro-zent). Bis zum Jahr 2030 steigt die Akzeptanz auch bei den größeren Klassen – der Grund: technischer Fortschritt und sinkende Preise.

Elektrofahrzeuge erfüllen die alltäglichen Anforderungen an die Pkw-Nutzung für die meisten Nutzer. Größter Dämpfer für den Neukauf eines batterieelektrischen Pkw ist seine auf circa 160 Kilometer begrenzte Reichweite. Das bedeutet: Für Sonderfahrten, wie Urlaube oder Wochen-endausflüge, die durchschnittlich zwölfmal (jeweils sechs Hin- und Rückfahrten) im Jahr absol-viert werden, reicht das Elektrofahrzeug nicht aus. Für die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen sind daher alternative Mobilitätsoptionen für die „langen Fahrten“ – etwa die Nutzung von öffent-lichen Verkehrsmitteln oder eines Mietwagens – entscheidend.

Wie viele Elektrofahrzeuge sind bis 2020 / 2030 realistisch und welche Auswirkungen hat dies auf die Stromnachfrage?

Auf Deutschlands Straßen könnten im Jahr 2030 bis zu sechs Millionen Elektrofahrzeuge un-terwegs sein. Im Jahr 2020 sind etwa eine halbe Million elektrische Fahrzeuge auf dem deut-schen Markt denkbar – das entspricht etwa 1,3 Prozent aller Pkw in Deutschland. Die Millio-nenmarke könnte nach den Modellierungen des Öko-Instituts 2022 überschritten werden. Der überwiegende Anteil der Elektrofahrzeuge werden Plug-In-Hybrid-Fahrzeuge sein. Bis zum Jahr 2030 könnten knapp sechs Millionen Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen zu sehen sein. Obwohl ihr Anteil am Pkw-Bestand damit bis zum Jahr 2030 auf 14 Prozent zunimmt, be-trägt der elektrisch zurückgelegte Anteil an der Gesamtfahrleistung – also die Anzahl der gefah-renen Kilometer – nur 0,8 Prozent im Jahr 2020 und acht Prozent im Jahr 2030. Der Grund ist, dass batterieelektrische Fahrzeuge mit 8.000 Kilometern im Jahr rund 40 Prozent weniger fahren als konventionelle Pkw. Auch die Plug-In-Hybriden bewältigen nur zwei Drittel ihrer Fahrleis-tung im elektrischen Modus.

Durch die Elektromobilität entsteht im Jahr 2030 eine zusätzliche Stromnachfrage von etwa elf Terawattstunden (TWh). Dies entspricht etwa zwei Prozent des heutigen Gesamtstromver-brauchs in Deutschland. Ohne eine Steuerung der Batterieladung entstehen für die Stromer-zeugung ungünstige zusätzliche Nachfragespitzen zu Uhrzeiten, in denen ohnehin viel Strom gebraucht wird. Um hohe Nachfragepeaks und damit den Einsatz teurer Spitzenlastkraftwerke zu vermeiden, müsste ein Lademanagement die Batterieladung auf kostengünstigere Zeiträume mit geringerer Nachfrage oder mit hoher Windeinspeisung verschieben. Dies bedeutet aber auch, dass so CO2-intensive, klimaschädliche Kohlekraftwerke verstärkt zum Einsatz kommen, die für die Grundversorgung in Deutschland – insbesondere nachts – aktiv werden. In den Mo-dellrechnungen für 2030 käme der für die Autos zusätzlich produzierte Strom dann zu 40 Pro-zent aus Braunkohle-, zu 35 Prozent aus Steinkohle- und zu 5 Prozent aus Erdgaskraftwerken. Knapp 20 Prozent des Fahrstroms könnten aus erneuerbaren Energien stammen, die vorher nicht nutzbar waren.

Welchen Beitrag kann die Elektromobilität zum Klimaschutz leisten?

Wenn der Anteil erneuerbarer Energien in Zukunft weiter steigt, liegt nahe, dass es immer mehr Situationen geben wird, in denen mehr Wind weht, als gerade gebraucht wird. Diese zunächst nicht nutzbare erneuerbare Energie wäre überschüssig. Könnten die Elektrofahrzeuge genau in diesen Situationen laden, wäre dies eine besonders effiziente Möglichkeit, mit erneuerbarem Strom Auto zu fahren. In den Modellrechnungen des Öko-Instituts reichen jedoch bis 2030 die überschüssigen erneuerbaren Energien nicht aus, um den zusätzlichen Strombedarf von Elekt-rofahrzeugen zu decken. Ohne einen zusätzlichen Ausbau von erneuerbaren Energien würde die CO2-Intensität des Stroms, der für die Elektromobilität zusätzlich produziert werden muss, deshalb weit über dem Durchschnittswert des deutschen Strommixes liegen (siehe oben).

Zeitgleich mit dem Ausbau der Elektromobilität müssen deshalb zusätzlich zu den bestehenden Ausbauplänen der Bundesregierung für erneuerbare Energien weitere Stromerzeugungsanla-gen aus Sonne, Wind und Wasser gebaut werden. Nur dann wäre der Strom, den Elektroautos zum Fahren benötigen, emissionsfrei. Unter diesen Bedingungen können mit der Elektromobili-tät im Jahr 2020 0,6 Millionen Tonnen CO2 eingespart werden. Im Jahr 2030 wären es bereits 5,2 Millionen Tonnen – verglichen mit einem Szenario ohne Elektrofahrzeuge. Dies entspricht einer Minderung der CO2-Emissionen des Pkw-Verkehrs von 0,6 Prozent bis 2020 bzw. sechs Prozent bis 2030.

Kurz- bis mittelfristig liegt das größte Klimaschutzpotenzial weiterhin bei den konventionellen Pkw: Steigt ihre Effizienz wie erwartet, können bis 2030 rund ein Viertel der CO2-Emissionen des Pkw-Bestands eingespart werden.

Wie verändert sich der globale Ressourcenbedarf durch die Elektromobilität?

Der Ausbau der Elektromobilität in Deutschland wird erhebliche Konsequenzen auf den Res-sourcenbedarf wichtiger und zum Teil kritischer, das heißt seltener, Metalle haben. Für einige der Metalle, die besonders wichtig für Herstellung von Elektroautos sind, kann es dabei zu Eng-pässen kommen. Dies betrifft Kupfer für den gesamten Herstellungsprozess, Lithium und Kobalt für die Batterieproduktion, Seltene Erden wie Neodym, Praseodym, Dysprosium und Terbium für die Elektromotoren sowie Indium, Gallium, Germanium, Gold, Silber, Platin und Palladium für die übrigen Komponenten wie Leistungselektronik. Am markantesten zeigte sich der Anstieg bei Dysprosium: Ohne Gegenmaßnahmen benötigt allein die Elektromobilität im Jahre 2030 482 Prozent mehr des Metalls, verglichen mit dem was heute gefördert wird.

Zusätzlich konkurriert die Elektromobilität mit Anwendungen für die seltenen Metalle wie zum Beispiel mit Windkraftanlagen, für die Dysprosium für die Herstellung von Neodym-Eisen-Bor-Magneten benötigt wird. Gallium, ebenfalls besonders relevant, kommt neben der Elektromobili-tät auch in der Photovoltaik oder in LEDs zum Einsatz.

Welche Strategien sind für die Lösung möglicher Ressourcenengpässe erforderlich?

Um mittel- und langfristig Versorgungsengpässe einzudämmen, braucht es zwei wesentliche Strategien: Zum einen müssen Ressourcen effizienter eingesetzt werden und wo möglich durch andere Technologien ersetzt werden. So sollten beispielsweise Motorentypen ohne den Einsatz Seltener Erden weiterentwickelt und zur Marktreife geführt werden.

Zum anderen müssen jetzt Recyclingstrategien für Seltene Erden und andere kritische Metalle entwickelt werden, um auf lange Frist Verknappungen zu vermeiden. Während für Kupfer und Edelmetalle etablierte Recyclingkreisläufe bestehen, müssen für die Spezialmetalle wie Seltene Erden, Indium und andere Anstrengungen für die Forschung und Entwicklung entsprechender Recyclingkreisläufe erfolgen.

Darüber hinaus ist es unerlässlich, neue Lagerstätten vor allem von Seltenen Erden zu erkun-den und zu erschließen, um kritische Situationen wie durch eine nahezu ausschließliche Förde-rung in einem Land zu vermeiden. Diese Lagerstätten sollten mit umweltfreundlichen Förder-standards erschlossen und betrieben werden, um Umweltschäden insbesondere bei der Ge-winnung Seltener Erden einzudämmen.

Welche Potenziale hat die Elektromobilität für die gewerbliche Nutzung bzw. als Dienstwagen?

In zwei konkreten Begleitforschungsprojekten mit Befragungen und der Auswertung realer Fahrdaten untersuchte das Öko-Institut die Potenziale für die gewerbliche Nutzung von Elektro-fahrzeugen. Die Ergebnisse zeigen: Die Akzeptanz in Unternehmen steigt und Umwelteigen-schaften spielen bei der Beschaffung von Flottenfahrzeugen eine wachsende Rolle.

Wachsende Akzeptanz bei Service- und Flottenfahrzeugen
Die Umwelteigenschaften gewinnen bei der Fahrzeugbeschaffung in Unternehmen zunehmend an Bedeutung – dies zeigt die Befragung von rund 30 gewerblichen Flottenbetreibern. Etwa ein Fünftel der Befragten wäre bereit, dafür Zusatzkosten zwischen zehn und 20 Prozent einzupla-nen. Dennoch bleiben die Gesamtkosten der Fahrzeuge wesentliches Beschaffungskriterium. Liegen die Gesamtkosten – die Summe aus Investitions- und Betriebskosten – für batterieelekt-rische Fahrzeuge heute noch um etwa die Hälfte höher als für konventionelle Pkw, sinken diese in den kommenden zwei Jahrzehnten stetig. Im Jahr 2030 haben Elektrofahrzeuge in den meis-ten Fahrzeugklassen sogar einen Kostenvorteil gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Bei einer Jahresfahrleistung von rund 13.000 Kilometern im gewerblichen Bereich wirken sich die günstigeren Betriebskosten von Elektrofahrzeugen besonders vorteilhaft aus.

Im Optimalfall, das heißt bei emissionsfreier Stromerzeugung aus zusätzlichen erneuerbaren Energien, könnten knapp eine Million batterieelektrische Fahrzeuge im Jahr 2030 die CO2-Emissionen des Pkw-Bestands um knapp 0,75 Millionen Tonnen (oder ein Prozent) verringern. Etwa 14 Prozent der elektrischen Fahrzeuge würde in gewerblichen Flotten zum Einsatz kom-men.

Dienstwagen – Potenziale für den Klimaschutz
Ein Fünftel der Dienstwagennutzer der SAP AG würden ein Elektrofahrzeug wählen – dies ergab die Befragung der am Projekt Future Fleet teilnehmenden Mitarbeiter. Ein halbes Jahr, 500 Mitarbeiter, 27 elektrische Pkw, 90.000 zurückgelegte Kilometer. Die grundsätzliche Akzep-tanz von Elektrofahrzeugen als Dienstwagen ist vorhanden, die Vorstellungen bzw. Erwartun-gen an die Reichweite, Ladedauer und Anschaffungspreis sind jedoch noch wenig realistisch. So wären nur ein Viertel der Befragten bereit, mehr als für einen konventionellen Pkw zu bezah-len, rund 66 Prozent erwarten eine Reichweite von über 200 Kilometer und knapp die Hälfte fordert eine Vollladung der Batterie innerhalb einer Stunde.

Im Feldversuch vermieden die Teilnehmer insgesamt rund ein Fünftel der CO2-Emissionen, die mit benzinbetriebenen Fahrzeugen entstanden wären. Würde die SAP AG ihre Dienstwagenflot-te bis 2030 mit Plug-In-Hybridfahrzeugen ausrüsten, könnten diese insgesamt knapp 50 Pro-zent der CO2-Emissionen reduzieren. Auf Deutschland hochgerechnet könnten Elektrodienst-wagen bis 2030 im Vergleich zu rein benzingetriebenen Pkw-Flotten etwa 40 Prozent der in diesem Bereich entstehenden Treibhausgasemissionen vermeiden.

Weitere Informationen zu den Forschungsprojekten finden Sie unter oeko.de


Quelle: Öko-Institut

© Bild: Wikimedia/Gereon Meyer CC3.0



05.08.2014

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