Elektromobilität: Fahren unter Strom

Helfen Elektroautos dabei, die Treibhausgasemissionen im Verkehr zu senken? Das Öko-Institut arbeitet zu den verschiedenen Fragen der Elektromobilität – von der Nutzerakzeptanz über das Treibhausgasminderungspotenzial bis zum Recycling.

Angesichts der weltweiten Klimaprobleme steigt der Handlungsdruck, auch im Verkehr die Treibhausgasemissionen zu verringern und unabhängig von fossilen Energieträgern zu werden. Elektrofahrzeuge stellen in diesem Kontext eine vieldiskutierte Option dar.

Eine Million Elektrofahrzeuge sollen bis zum Jahr 2020 auf dem Markt sein. Dieses Ziel hat die Bundesregierung im „Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität“ im August 2009 formuliert und deshalb mehrere Förderprogramme aufgelegt. Gleichzeitig verstärken Automobilhersteller und Energiekonzerne ihre Anstrengungen, Elektrofahrzeuge und die erforderlichen Ladestationen zu entwickeln.  Ähnliche Aktivitäten lassen sich sowohl im europäischen Ausland als auch in anderen wichtigen Automobilmärkten, wie Japan, den USA und auch China beobachten.

Nur „grün“ mit zusätzlichen erneuerbaren Energien

Forschungsergebnisse des Öko-Instituts vom Beginn des Jahres 2012 zeigen: Die eine Million-Marke für Elektroautos kann im Jahr 2022 überschritten werden; im Jahre 2030 könnten bereits sechs Millionen auf Deutschlands Straßen unterwegs sein. Doch nur wenn sie ihren Strom aus zusätzlichen erneuerbaren Energien beziehen, fahren sie emissionsfrei und leisten einen Beitrag zum Klimaschutz. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts haben berechnet, dass durch die Elektromobilität im Jahr 2030 eine zusätzliche Stromnachfrage von etwa elf Terawattstunden entsteht. Dies entspricht etwa zwei Prozent des heutigen Gesamtstromverbrauchs in Deutschland. Die Frage, zu welcher Tageszeit die Elektroautos am Stromnetz geladen werden und welche Kraftwerke bzw. erneuerbare Energien den nötigen Strom liefern, spielt deshalb eine entscheidende Rolle für die Bewertung des Klimaschutzpotenzials.

Im Jahr 2030 können Elektrofahrzeuge rund 5,2 Millionen Tonnen CO2 – verglichen mit einem Szenario ohne Elektrofahrzeuge – vermeiden, wenn die zusätzliche Stromnachfrage aus erneuerbaren Energien gedeckt wird. Dies entspricht einer Minderung der Gesamtemissionen des Pkw-Verkehrs um etwa sechs Prozent.

Detaillierte Ergebnisse sind nachzulesen in der Studie zum Projekt „OPTUM“ des Öko-Instituts, die 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.

Weitere Informationen: Pressemitteilung zum Projekt "OPTUM" vom 17.01.2012: "Klimaschutz nur mit zusätzlichen erneuerbaren Energien"

Broschüre „Autos unter Strom“ des Öko-Instituts, erstellt im Rahmen des Projektes OPTUM

Elektroautos als Dienstwagen? Ein Flottenversuch bei SAP

Mitentscheidend für den Durchbruch von Elektroautos ist deren Akzeptanz bei den Nutzern. Bei dem Projekt „Future Fleet“ stand daher die Frage im Mittelpunkt, ob sich Elektroautos in Betriebsflotten integrieren lassen. Werden sie von den Fahrern angenommen und verändert sich deren individuelles Mobilitätsverhalten? Hierfür hat das Öko-Institut zusammen mit dem Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE) einen Flottenversuch bei der SAP AG wissenschaftlich begleitet. Das ISOE untersuchte das Nutzungsverhalten und die Akzeptanz der Elektrofahrzeuge bei den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern von SAP, das Öko-Institut nahm den Umweltnutzen von elektrischen Dienstwagen in den Blick.

Die beiden Institute werteten Daten von 27 rein elektrischen Dienst- und Poolfahrzeugen aus der SAP-Firmenflotte im Detail aus. Ein Fünftel der Dienstwagen der SAP AG könnte bis zum Jahr 2030 rein elektrisch betrieben werden – so das Ergebnis. Kommen Plug-In-Hybridfahrzeuge hinzu, die sowohl elektrisch als auch mit einem konventionellen Antrieb fahren, könnten sogar bis zu 80 Prozent der Firmenflotte Elektrofahrzeuge sein. Damit wäre es möglich, bis 2030 etwa die Hälfte der CO2-Emissionen im Vergleich zu einer konventionell betriebenen Flotte einzusparen.

Weitere Informationen: Pressemitteilung zum Projekt Future Fleet

Steigende Akzeptanz mit sinkenden Preisen

In Kooperation mit der Daimler AG untersuchte das Öko-Institut die Nutzungsmuster und Marktpotenziale von elektrischen Kleinwagen für die private und gewerbliche Nutzung.

Eine positive Resonanz ergab eine Befragung von über 30 Flottenbetreibern, die Experten des Öko-Instituts zur Akzeptanz von batterieelektrischen Fahrzeugen in der gewerblichen Nutzung durchführten. Die Mehrheit der befragten Unternehmen gab an, höhere Kosten für den Einsatz von Elektrofahrzeugen im eigenen Fuhrpark in Kauf zu nehmen.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler kommen zu dem Ergebnis, dass der heute noch bestehende Kostennachteil von Elektroautos bis 2020 auf etwa 20 Prozent sinken wird. Im Jahr 2030 haben Elektrofahrzeuge in den meisten Fahrzeugklassen sogar einen Kostenvorteil gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Die Expertinnen und Experten prognostizieren, dass die Bevölkerung und Unternehmen elektrisch betriebene Autos dann stärker akzeptieren werden, wenn die Mehrausgaben im Vergleich zu Autos mit konventionellen Antrieben sinken.

Weitere Informationen: Pressemitteilung zum Nutzungsmuster und den Marktpotentialen von elektrischen Kleinwagen

Problemfaktor Ressourcen: Seltene Erden als Stolperstein?

Auch wenn vieles für eine Expansion von Elektroautos auf dem deutschen Markt spricht – die problematischen Seiten dürfen nicht aus dem Auge verloren werden. Sowohl für die steigende Rohstoffnachfrage, insbesondere nach seltenen Metallen für Batterien und Elektromotoren, als auch für ein durchdachtes Recycling der Elektroautos müssen schon heute mögliche Lösungskonzepte entworfen werden. In einem Forschungsprojekt zu ressourcenpolitischen Aspekten der Elektromobilität, welches das Öko-Institut in Zusammenarbeit mit der Daimler AG, Umicore und der TU Clausthal im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) durchgeführt hat, identifizierten die Projektpartner zunächst 12 Metalle, die besonders wichtig für die Herstellung von Elektroautos sind. Diese sind Kupfer für alle Komponenten, 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. Das Projektteam bemaß anschließend den möglichen zukünftigen Bedarf durch die Elektromobilität an den prioritären Metallen. Am markantesten zeigte sich der Anstieg bei Dysprosium. Dem knappen Angebot an dem Seltenen Erden-Metall, welches heute vorwiegend in China produziert wird, steht ein stetig wachsender Bedarf gegenüber.

Lösungsansätze: Recyclingstrategien und Effizienz

Um mittel- und langfristig Versorgungsengpässe einzudämmen, nennt das Öko-Institut zwei wesentliche Strategien: Zum einen müssen Ressourcen effizienter eingesetzt werden und wo möglich durch andere Technologien ersetzt werden. Zum anderen müssen jetzt Recyclingstrategien für Seltene Erden und andere kritische Metallen entwickelt und zur Marktreife gebracht werden, um auf lange Frist Verknappungen zu vermeiden.

Weitere Informationen: Pressemitteilung Zukunftstechnologien und Ressourcen

Derzeit sind Recyclingverfahren von Lithium-Ionen-Batterien in der Entwicklung, die für die Elektromobilität notwendig sind und die wichtigen Metalle wie Lithium, Kobalt, Nickel usw. enthalten. Ende Oktober 2011 hat das Öko-Institut zwei umfassende Ökobilanzen zu zwei verschiedenen Recyclingverfahren für Lithium-Ionen-Batterien aus dem Automobilbereich abgeschlossen. Dabei geht es um Recyclingverfahren, die sich derzeit noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium befinden: zum einen das Projekt „LiBRI – Entwicklung eines realisierbaren Recyclingkonzepts für die Hochleistungsbatterien zukünftiger Elektrofahrzeuge“ (Koordination Umicore), zum anderen das Projekt „LithoRec – Recycling von Lithium-Ionen-Batterien“ (Koordination Technische Universität Braunschweig).

Weitere Informationen: Pressemitteilung zu Recyclingverfahren von Lithium-Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen

Neue Projekte im Themenfeld Elektromobilität

Derzeit arbeitet das Öko-Institut an weiteren Fragestellungen. So etwa wie die Komponenten von Elektromotoren möglichst effizient und umweltgerecht recycelt werden können, um so wertvolle Rohstoffe zurückzugewinnen. Im Projekt „Recycling von Komponenten und strategischen Metallen aus elektrischen Fahrantrieben – Motor Recycling (MORE)“ arbeitet das Institut mit Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft eng zusammen. Es wird gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Themenfelds „Schlüsseltechnologien für die Elektromobilität“ (STROM).

Einen weiteren Forschungsschwerpunkt bildet die Entwicklung langfristiger Szenarien mit Zeithorizont 2050. Untersucht werden zum einen die zukünftigen Potenziale der Elektromobilität – nicht nur im Personenverkehr, sondern auch im Güterverkehr und im öffentlichen Verkehr. Zum anderen rücken die möglichen Wechselwirkungen einer zunehmenden Stromnachfrage aus dem Verkehrsbereich mit einem zunehmend von erneuerbaren Energien geprägten Stromsektor in den Fokus.

Diese Fragestellungen werden derzeit in den beiden Forschungsvorhaben „Wissenschaftliche Unterstützung bei der Erarbeitung von Szenarien zum möglichen Beitrag der Elektromobilität zum langfristigen Klimaschutz“ und „Szenarien zum möglichen Beitrag der Elektromobilität im Güter- und öffentlichen Personenverkehr zum langfristigen Klimaschutz“ im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) untersucht.

Weitere Informationen des Öko-Instituts zu Elektromobilität