Nio nennt Details zu Akku-Wechselstationen für E-Autos in Europa

Wechselakkus oder Ladesäulen: Welche Technologie hat mehr Potenzial?

Copyright Abbildung(en): NIO

Elektromobilität ist der Megatrend im Fahrzeug- und Antriebsbereich und wird mit dem kürzlich von der EU beschlossenen Verbrenner-Verbot ab 2035 zum zentralen Baustein der Verkehrswende. Ein gemeinsames Forschungsprojekt des Instituts für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) der RWTH Aachen und des Instituts für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) nimmt nun die für den Rohstoff- und Energieverbrauch kritischste Fahrzeugkomponente in den Blick: die Antriebsbatterie.

Im Projekt „KreislaufAkkus“ vergleichen die Wissenschaftler:innen Wechselakkusysteme mit vollintegrierten Batteriesystemen, also solchen mit fest eingebauten Akkus. Was ist besser für Umwelt und Akzeptanz? Ladesäulen, mit denen alle Elektroautos dezentral geladen werden, oder vielleicht doch Batteriewechsel-„Tankstellen“, wo leere gegen volle Akkus ausgetauscht werden? Die Forschenden bewerten in dem Projekt mit Förderung durch das Bundeswirtschafts- und Klimaschutzministerium die ökologische Wirkung und Kreislaufeigenschaften sowie soziale und ökonomische Aspekte der verschiedenen Ladeinfrastrukturen.

Batterien werden aus wertvollen Ressourcen hergestellt. Daher ist es hochrelevant, die Ressourcen effizient einzusetzen, Komponenten lange im System zu halten und die Rohstoffe nach der Nutzung durch Recycling wieder in den Kreislauf zurückzuführen“, sagt der Energieexperte Jan Wiesenthal vom IÖW. Das heißt, dass in allen Phasen des Batterielebens eine Weiter- oder Wiederverwendung mitgedacht wird und Batterien schon bei der Herstellung entsprechend konzipiert werden. „Der Markt für Elektroautos wird in den nächsten Jahren stark wachsen“, sagt Wiesenthal. Daher brauche es am besten schon jetzt Antworten auf die Frage, welches Batteriesystem am besten zu den drängenden Zielen der Energie- und Ressourcenwende passt. „Denn daraus ergeben sich grundlegende Richtungsentscheidungen für den Aufbau der Ladeinfrastruktur.“

Derzeit liegt der Fokus bei der E-Mobilität auf vollintegrierten Batterien, die im Fahrzeug fest verbaut sind und extern an Ladesäulen geladen werden. Hierbei sind allerdings noch nicht alle Hemmnisse geklärt, die ein schnelles Wachstum des Markts für Elektroautos behindern. Wie lassen sich etwa wechselseitige Abhängigkeiten lösen zwischen der Wirtschaftlichkeit der Ladesäulenerrichtung und der Anzahl von E-Fahrzeugen im Straßenverkehr? Wie können hochverdichtete Städte mit knappen Flächen ein ausreichendes öffentliches Ladesäulenangebot gewährleisten, sodass auch Menschen ohne eigene Ladesäule bereit sind, auf ein E-Auto umzusteigen? Außerdem haben Autofahrer:innen weiterhin Bedenken hinsichtlich Reichweite und Ladegeschwindigkeit und es braucht Konzepte, um eine Überlastung des Stromnetzes durch gleichzeitiges und schnelles Laden zu verhindern.

Wechselakkus: Missing-Link der Mobilitätswende?

Als ein möglicher Lösungsbeitrag gelten seit einigen Jahren Wechselakkus. Diese können, anders als fest verbaute Batterien, in kurzer Zeit entnommen und durch vollgeladene Akkus getauscht werden. Für die Nutzenden hat dies vor allem den Vorteil, dass es schnell geht. Ladezeit und tatsächliche Nutzung des Fahrzeugs können voneinander entkoppelt und das Stromnetz so entlastet werden. Tauschbare Akkus können auch für die Ressourceneffizienz einen positiven Effekt haben, denn ihre Lebensdauer ließe sich durch ein gesteuertes und schonenderes Laden erhöhen. Zudem wäre die Lebensdauer der Fahrzeuge unabhängig von der des Akkus.

Ungeklärt sind allerdings noch zentrale Fragen, wie etwa die benötigte Anzahl an Batterien, Anforderungen an die Fahrzeugkonstruktion und Notwendigkeiten bei der Standardisierung. Zudem werden bei diesem Ansatz im gesamten System mehr Fahrzeugbatterien benötigt, die für den Wechsel bereitstehen.

Damit Wirtschaft und Politik diese wegweisenden Richtungsentscheidungen treffen können, muss nun wissenschaftlich fundiertes Orientierungswissen geschaffen werden, das aufzeigt, wie die Rohstoffe von Akkus in einem Ressourcenkreislauf geführt werden können und wie die Systeme dafür designt sein müssen. Auch müssen mögliche Rahmenbedingungen für verschiedene Akkusysteme entwickelt werden, damit strategische Diskussionen über fest verbaute Akkus versus Tauschsysteme überhaupt erst ermöglicht werden.

Hierfür vergleicht und bewertet das Projekt „KreislaufAkkus“ mit enger Einbeziehung von Praxisakteuren und unter Berücksichtigung sozialer Aspekte vollintegrierte und Wechselakkusysteme hinsichtlich ihrer ökologischen Wirkungen, Ressourcenintensität und Kreislaufeigenschaften sowie technischer und ökonomischer Umsetzbarkeit.

Quelle: IÖW – Pressemitteilung vom 26.07.2022

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Mittelfristig werden 1000 km Reichweite laut WLTP möglich. Wenn man wirklich elektrifizieren will, muss man auch den Rennsport elektrifizieren. Heute ist die mittlere Leistung pro Stunde für Fahren und Laden eines Elektroautos oder Motorrades unter Rennbedingungen sehr viel niedriger als die Leistung eines Verbrenners.
Wenn man eine zu 100 % aufgeladene Batterie sehr schnell wechseln könnte, bräuchte man keinen Rennsport mit neuen Verbrennerfahrzeugen mehr und auch kein E-Fuel.

Welche Technologie hat mehr Potenzial?
Alleine schon wegen der gerringeren Rohstoffaufwendung ist die Ladesäule der eindeutige Sieger hier. Wechselakkuflotten benötigen um den Faktor 4 mehr Akkus, deswegen lieber 4Mio. E-Autos anstatt 1Mio mit 3Mio Akkus die vorgehalten werden müssen

Die Chinesen machen das gerade für uns mit der Standardisierung von Wechselbatterien, während in Europa nur gelabert wird.

Damit kann man dann HPC laden UND bei Bedarf wechseln, zum Beispiel weil man einen größeren/ kleineren Akku möchte oder oder

wo ist da jetzt genau der Vorteil einer fest verbauten Batterie von deutschen Herstellern?

Da macht sich schon wieder typisch deutsches Schwarz-Weiß-(nicht)-Denken breit. Wer hat denn festgelegt, dass es entweder fest verbaute oder Wechselakkus geben muss? Es könnte ein Teil fest verbaut werden und ein Teil wechselbar sein.

Das hilft bereits, um die Wechselakkus auch an der heimischen PV-Anlage laden zu können, während man|fra mit dem Auto auf Kurzstrecke oder mit einem zweiten Satz weiter weg unterwegs ist. Ob man|fra dann überhaupt zwei Sätze Wechselakkus benötigt, ist auch nur Stochastik.

Und sollte man|fra mit dem eKFZ auf freier Strecke liegen bleiben, kann eine(r|m) auch geholfen werden. Der ADAC oder AvD müssen keinen Moppel mitführen, sondern eben nur ein paar Wechselakkus :-)

„Ungeklärt sind allerdings noch zentrale Fragen, wie etwa die benötigte Anzahl an Batterien“…

“Zudem werden bei diesem Ansatz im gesamten System mehr Fahrzeugbatterien benötigt, die für den Wechsel bereitstehen.“

Die erste „zentrale“ Frage ist relativ leicht zu beantworten, da wir bereits alle Variablen kennen: Wir kennen die Anzahl der KFZ, die es zu elektrifizieren gilt, wir wissen, wie viel Energie diese Flotten heute pro Jahr an Tankstellen nachfragen (also welche km-Leistung die Flotte absolviert) und wir wissen, wie viel Energie (Treibstoff/ KWh) ein KFZ benötigt, um eine Strecke zurück zu legen, bzw. wann/ wie häufig ein KFZ mit einer definierten Tank- bzw. Akkukapazität wieder eine Tankstelle anfahren wird.

Die naive Antwort ist: Ein BEV, das nur um das Haus seines Halters kreist, benötigt einen zusätzlichen Akku (100 Prozent). Wollte man damit schnell (also nicht mit 90 km/h) von Flensburg nach München reisen, benötigte man alle 200 km einen frisch geladenen Akku: sagen wir fünf ab Start. Doch ist das „System“ ausgerollt, benötigt die Flotte (in D.) lediglich einen Überhang von etwa 7-8 Prozent nach heutigem Stand, also etwa 3,5 Mio. Akkus, bzw. im Durchschnitt 300 Akkus pro Tankstelle (bei 14.000 in D.).

Viel interessanter ist aus Sicht wirtschaftlicher Akteure vermutlich die Frage, wie das „System“ wirtschaftlich ausgerollt werden soll.

Von viel größerer Bedeutung ist – angesichts der Folgen des Ukraine-Kriegs – die Frage, was denn „das System“ ist. Auch sie ist aber leicht zu beantworten: Es geht nicht mehr um das KFZ allein!!!

Es geht um Versorgungssicherheit und eine Erhöhung der Energie-Autonomie, ohne die „Rest-Risiken“ der AKW und ohne Kohle zu verfeuern. Es geht um die Einbindung der elektrifizierten Flotte in die Energiewende – das ist das System!

Dann ist der „Akku-Überhang“ plötzlich wurscht, weil das System enorme Speicherkapazitäten benötigt, um rein regenerativ zu funktionieren.

Da gepoolte Wechselakkus aus betriebswirtschaftlich-investiver Sicht viel besser genutzt werden können (dank Polyvalenz, Dual Use) als Antriebsakkus hier und stationäre Chemische Speicher dort, ist längst klar, dass der Akku getauscht werden sollte – von allen Vorteilen für den Halter einmal abgesehen.

„Damit Wirtschaft und Politik diese wegweisenden Richtungsentscheidungen treffen können“….

Bitter daher, dass die letzte Regierung den OEM blind gefolgt ist und mit Steuermitteln bereits eine Richtungsentscheidung getroffen hat (!), die ein viel zu enges „System“ mit prototypischem Charakter fördert. Es kann mittelfristig bestenfalls komplementär Sinn machen, BEV mit Steckdosen anzubieten.

Vieles erinnert an das Verbuddeln von Kupferkabeln, während diejenigen, die ihre Infrastruktur neu errichteten, selbstverständlich „den heißen Scheiß“, die Glasfaser, nutzten und heute deren systemische Vorteile nutzen können.

Aber nun kommen ja glücklicherweise chinesische Unternehmen und zeigen Frau Merkel, Herrn Altmaier und Herrn Scheuer, wie es gehen sollte, während wir gespannt auf das Ergebnis der Studie warten – die hoffentlich nicht nur deshalb beauftragt wurde, um die Förderung von Steckdosen am Straßenrand zu rechtfertigen.

Ich denke, dass such die Batteriewechsel Strategue in Europa und USA leuder erübrigt. Jeder Hersteller sieht die Chancen auf die Individualisierung der Fahrzeuge. Teilweise geht der Trend auch in Richtung Einbezug der Batterie in die Strukturen des Fahrzeugs.
Da müssten sich die konkurrierenden Hersteller auf einen Standard einigen – gute Nacht…

Noch mehr (Wechsel-)Akkus – mit fragwürdiger Förderung der begrenzten Rohstoffe – oder noch mehr Ladesäulen-KuddelMuddel? Beides finde ich langfristig nicht sehr gut. Ich lade mein geliebtes City BEV (Smart for2 Cabrio) seit 4 Jahren ausschließlich nachts ca. einmal/Woche an meiner (immerhin blauen) Schukodose. Für längere Fahrten/Reisen habe ich meine treue Diesel C-Klasse bis ich sie denn mal gegen ein FCEV – kein Nexo-SUV und kein Luxus-Mirai – eintauschen kann. H2 gibt es unbegrenzt und kann überall hergestellt werden. Derzeit leider wohl noch hauptsächlich mit Kohlestrom (mit dem ja auch die meisten Akkus geladen werden). Time will tell.

Wechselakkus wären effizienter, umweltschonender. Es wird hierzu in absehbarer Zeit flächendeckend nicht kommen, da sich die Automobilindustrie auf einen Standard einigen müsste und somit spezisches Know-How freigeben müsste. Siehe den Mobil-Telefonmarkt. Hier konnte man sich nach langem Hin- und Her auf Ladesteckerstandards einigen. Auch hier sind wir von Akkuaustauchstandards sogar innerhalb einer Marke weit entfernt. Selbst beim EU-Ladesteckerstandard werden immer wieder Wege gefunden diese zu umgehen, siehe IPhone, Android usw. Selbst innerhalb von IPhone und Android werden durch geschickte Manipulationen (z.B. Länge Schaft) Standards umgangen.

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