Die Vision eines vollständig elektrifizierten, weitgehend emissionsfreien Straßenverkehrs ist eng mit dem Ausbau der Erneuerbaren Energien und den Zielen der Energie-, Wirtschafts- und Umweltpolitik verbunden. Neun vom Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung entwickelte Roadmaps zeigen, unter welchen Rahmenbedingungen und vor welchem Zeithorizont sich diese Vision aus Perspektive der Energiespeichertechnologien realisieren lässt. Die zukünftige Weiterentwicklung einer optimierten Lithium-Ionen-Batterietechnologie wird entscheidend für die zeitliche Umsetzung sein.
Die Lithium-Ionen-Batterie hat seit ihrer Einführung Anfang der 1990er Jahre in der Konsumelektronik eine rund 25-jährige Entwicklung hinter sich gebracht. Aktuell konzentriert sich die Weiterentwicklung auf großformatige Batterien und betrifft das Material bis zum Gesamtsystem und die Integration in spezifische Anwendungen. In den kommenden 15 bis 25 Jahren wird die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien zur Reife gelangen. Damit ergeben sich für die nächsten zwei Dekaden noch große Entwicklungspotenziale, insbesondere mit Blick auf die Energiedichte (und damit Reichweite von Elektrofahrzeugen) sowie eine weiterhin starke Kostenreduktion.
Die Roadmaps zeigen, dass kostenoptimierte Elektroautos in den kommenden Jahren nur für bestimmte Zielgruppen und Einsatzzwecke attraktiv sind. Durch die schrittweise Reichweitensteigerung mittels einer verbesserten Batterietechnologie sowie eines optimierten Energieverbrauchs können bis zum Jahr 2030 aber kostenoptimierte Fahrzeugmodelle entwickelt werden, die Reichweiten herkömmlicher Automobile mit Verbrennungsmotor erreichen und sich in kurzer Zeit aufladen lassen. Ein vollständiger Wechsel in eine rein elektrifizierte Mobilität kann also aus technischer Sicht zwischen 2030 und 2050 nach einem Markthochlauf bis 2030 gelingen – und zwar allein auf Basis einer optimierten Lithium-Ionen-Batterietechnologie.
„Wichtig ist die Erkenntnis, dass sich diese Entwicklungen auf einer Zeitskala von Dekaden abspielen“, sagt Projektleiter Dr. Axel Thielmann. „Wir stehen nach einer Phase der Entwicklung von Pilot- und Demonstrationsfahrzeugen bis 2010 und dem Beginn eines Markthochlaufs mit über einer Million verkaufter Elektroautos weiterhin am Anfang der breiten Diffusion der Elektromobilität. Unterstützende Maßnahmen müssen daher den Entwicklungsstand und die Entwicklungsperspektiven von Schlüsseltechnologien wie der Lithium-Ionen-Batterie berücksichtigen.“
Marktpotenziale bei stationären Anwendungen
Mit der Kostenoptimierung sowie dem parallelen Ausbau Erneuerbarer Energien eröffnen sich demnach spätestens ab 2030 breite Marktpotenziale zum Einsatz der Lithium-Ionen-Batterietechnologie in neuen Bereichen stationärer Anwendungen. Deren Einsatz und Verbreitung beginnen aber bereits heute auf lokaler und Verteilnetz-Ebene und sind getrieben durch einen zunehmenden Wunsch nach Autarkie in der Energieversorgung. Dezentrale, netzgekoppelte Lithium-Ionen-Batterien werden bereits heute als PV-Batteriesysteme zur Eigenbedarfsoptimierung unter anderem in privaten Haushalten eingesetzt und diffundieren zunehmend mit verbesserter Wirtschaftlichkeit.
Die Roadmaps greifen daher neben den Entwicklungen der Lithium-Ionen Batterien in der Elektromobilität auch den Bereich der stationären Anwendungen auf. Je nach Speichergrößenklasse, Lade-/Entladezeit und Anwendungsfall konkurrieren sie dort mit einem breiteren Portfolio unterschiedlicher elektrochemischer (zum Beispiel Blei-Säure-, Redox-Flow-, Natrium-Schwefel-Batterie) und weiterer Energiespeicher.
„Für strategische Entscheidungen und Weichenstellungen in Bereichen wie der Elektromobilität oder der stationären Energiespeicher wird ein fortlaufendes Roadmapping und Monitoring in den kommenden Jahren wichtiger werden. Auch tiefergehende Bewertungen sich abzeichnender Entwicklungsmöglichkeiten und -alternativen dürften bis 2030 und darüber hinaus an Bedeutung gewinnen. Beim Fokus auf die technischen Entwicklungen wird dies oft unterschätzt“, so Projektleiter Dr. Axel Thielmann.
Die Roadmaps
Das Fraunhofer ISI begleitete die Partner der Innovationsallianz „Lithium Ionen Batterie (LIB 2015)“ mit einem Roadmapping-Prozess. Bis zum Projektende wurden neun Roadmaps entwickelt. Dabei handelt es sich um
- Technologie-Roadmaps, welche eine technologiebasierte Perspektive auf die technischen Leistungsparameter der jeweils betrachteten elektrochemischen Energiespeichertechnologien einnehmen,
- Produkt-Roadmaps, welche aus der Sicht des Marktes auf die Anforderungen an die Leistungsparameter blicken sowie
- Gesamt-Roadmaps, welche beide Perspektiven integrieren und es damit möglich machen, offene Herausforderungen und Potenziale zu identifizieren.
Klaus D. Beccu, Dr.-Ing meint
Die Batterie-Hersteller hören es garnicht gern, dass das Interesse an Fuelcell Autos laufend an Boden und Investitionsinteresse gewinnt. Derzeit sind erst wenige Modelle (Toyota (MIRAI), Honda und Hyundai) auf dem Markt, mit Anwendung insbesondere für Langstrecken-Betrieb, auch für Busse und Schwerlast-Verkehr. Mit der zunehmenden Installation von Wasserstoff-Tankstellen wird sich die FCV-Technologie schnell durchsetzen, schon allein, weil die Schnell-Betankung in wenigen Minuten kein Problem darstellt. Die grossen Reichweiten pro Ladung erfordern auch nicht die hohe Installationsdichte wie für Batterie-Terminals. Auch die Vorratshaltung von H2 Druck-Kartouschen im eigenen Haus ist eine Option.
Wenn Fraunhofer 9 langfristige Roadmaps erstellt, sollte der Blick eigentlich auch auf die Konkurrenz -Techniken gefallen sein, nicht nur auf die obige FCV-Technik, sondern auch auch auf die Weiterentwicklungen im Batterie Sektor, wie z.B. Li-S, denn all die können die langfristige Zukunft für den Batterie-Antrieb mit Li-Ion entscheidend verändern.
Markus meint
Ich kann das nicht ganz glauben. Erinnert mich ein wenig an Kodak kurz vor dem Jahrtausendwechsel. Dort dachte man, 2010 wird es höchsten 30 Prozent Marktanteil der Digitalfotografie geben.
Entwicklungen geschehen aber expotentiell. Tesla baut bald mehr Akku-KWh/Jahr als alle anderen Hersteller zusammen 2014 gebaut haben. Und ist damit noch längst nicht am Ende. Auch Panasonic, LGChem und andere rüsten auf.
In Europa wird viel verbrannt – Leute mit Potential, gute Ideen sind „in Jahrzehnten machbar“ und noch immer jede Menge an Ölprodukten, die endlich sind.
BYD hat unlängst hunderte E-Autobusse ausgeliefert, Saab hat einen Auftrag von 120.000 E-Autos, Telsa verdoppelt seine Produktion nahezu jährlich, Nissan/Renault ebenso. Der Schlüssel zum E-Auto ist nicht der Motor oder die Karosserie, sondern der Akku. Da aber die deutschen Autohersteller ihre Zukunft im schweren gewerbsmäßigen Betrug sehen (wie etwa der Weltkonzern VW) oder im „Hubkolbenmotor“ wird’s irgendwann eng für die Visionäre Mitteleuropas. Die verlassen sich auf derartige Studien. Wie Kodak.
Ich freue mich schon, wenn Tesla in Europa eine Gigafactory baut und gleich in der selben Halle noch eine Autoproduktion anhängt. Sagen wir für ein Million Autos und eine halbe Million Powerwalls pro Jahr. In 10 jahren kann man das durchaus haben. Bis dorthin reden man in Europa noch immer und der Vorstand bekommt seine Millionengarge und sagt „Na schau ma Mal, dann sehen wir eh‘, was der Herr Murks da macht.“
Mal ehrlich: Wie lange will man den Kunden noch zum Sklaven der Erdöllobby machen? Wie lange soll man noch mit einem komplizierten Verbrenner regelmäßig in die Werkstätte, wenn ein E-Auto doch viel einfacher ist? Ok, der Rattenschwanz an Zulieferern muss sich eine neue Aufgabe suchen. Aber das mussten die Wagner auch, als der Pferdewagen vom Auto (teilweise sogar vom E-Auto!) abgelöst wurde.
GünterB meint
Man sollte sich nicht nur auf Lithium beschränken.
„Im Vergleich zu den bestehenden Batterien, sind unsere Natriumbatterien doppelt so leistungsfähig. Außerdem lädt die Batterie sehr schnell. Elektroautos brauchen nur fünf Minuten zum Aufladen.”
http://goo.gl/M1YNmU
Markus meint
Und wie sieht es mit der Zyklenstabilität aus?