Die Unternehmensberatung Boston Consulting Group (BCG) kommt in einer aktuellen Studie zum Ergebnis, dass sich der Personal- und Arbeitsaufwand zwischen dem Bau eines Elektroautos und einem Verbrenner entgegen der landläufigen und von E-Auto-Kritikern als Gegen-Argument gern genutzten Meinung kaum unterscheidet: E-Autos beanspruchen demnach im Vergleich zum Verbrenner 99 Prozent der Arbeitskraft, wenn jeder einzelne Arbeitsschritt in der Produktion berücksichtigt wird.
„Der Arbeitsvolumenvergleich, dass für einen Dieselantrieb drei Beschäftigte und für einen Elektroantrieb nur ein Beschäftigter benötigt wird, gilt nur für den Motor“, sagt Studienautor und BCG-Partner Daniel Küpper. „Für den Bau eines kompletten Elektroautos ist der Arbeitsaufwand nahezu genauso hoch wie für ein Auto mit Verbrennungsmotor.“
In der Automobilindustrie gab es bereits vor dem Zusammenbruch von Produktion und Vertrieb infolge der Corona-Pandemie große Unsicherheiten. Dies betraf auch batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs), wie schnell sie breite Akzeptanz finden werden und welche Folgen ihr stetig steigender Marktanteil auf gewohnte Prozesse und die Bindung von Arbeitskräften in der Produktion haben wird. Mit der Studie „Shifting Gears in Auto Manufacturing“ will BCG dabei unterstützen, einige Unsicherheiten über künftige Entwicklungen im Detail aufzuschlüsseln.
Die wesentlichen Unterschiede in der Produktion zwischen Elektroautos und Verbrennern liegen in nur zwei Bereichen: Antriebsstrang und Leistungselektronik. Die Hauptkomponenten eines Antriebsstrangs eines Verbrennungsmotors – der Motor selbst und seine Hilfssysteme wie Lichtmaschine, Anlasser sowie Kraftstoff- und Abgassysteme – sind in einem Elektroauto nicht erforderlich. Sie werden stattdessen durch einen Akku und einen Elektromotor ersetzt. Das Batteriepaket besteht aus Modulen, die Batteriezellen enthalten, einem Batteriemanagementsystem, das die Leistung überwacht, einem Wärmemanagementsystem zum Kühlen der Batterie, der Verbindungen und des Gehäuses. Darüber hinaus werden die in Verbrennern verwendeten Mehrganggetriebe im Elektroauto praktisch immer durch ein Ein-Gang-Getriebe ersetzt, da die Leistung von Elektromotoren über einen viel breiteren Drehzahlbereich als herkömmliche Verbrenner effizient und konsistent ist. Die Komponenten der Leistungselektronik sind in einem Verbrenner nicht vorhanden. Darunter versteht man unter anderem die Komponenten, die zum Aufladen eines E-Autos benötigt werden: DC / DC- und DC / AC-Spannungswandler sowie Leistungselektronik-Steuerelemente.
Verbrenner enthalten vor allem aufgrund ihrer komplexeren Antriebsstränge viel mehr Komponenten als Elektroautos. Ein Verbrenner-Antriebsstrang kann mehr als 1000 Komponenten aufweisen, während ein E-Auto-Antriebsstrang im Allgemeinen nur wenige Hundert Komponenten aufweist.
Fertigungstechnische Unterschiede zwischen Verbrennern und Elektroautos
Der aus fertigungstechnischer Sicht wichtigste Unterschied zwischen Verbrennern und Elektroautos ist somit der Ersatz des herkömmlichen Motors durch einen Elektromotor. Dies befreit die Autohersteller von der komplexen und arbeitsintensiven Montage von Verbrennern und ermöglicht es ihnen, sich stattdessen auf relativ einfache Elektromotoren zu konzentrieren. Da Elektromotoren weniger Teile mit schwer zu handhabenden flexiblen Materialien wie Schläuchen oder Dichtungen haben, können Autohersteller im Allgemeinen mehr automatisierte Geräte und Roboter einsetzen, um sie zu bauen. Durch die Umstellung auf die E-Auto-Produktion müssen die Autohersteller allerdings auch neue Herstellungsverfahren entwickeln und beherrschen, wie Aufwickeln, Imprägnieren oder Versiegeln von Kabeln und Qualitätskontrollen für komplexere elektrische Systeme. Dies ist eine bedeutende Veränderung für eine Branche, die mehr als 100 Jahre damit verbracht hat, die Motorenherstellung und die Fahrzeugmontage auf höchstem Wirkungsgrad zu entwickeln und zu verbessern.
Die Montage ist nicht der einzige Bereich, in dem sich die Produktion von Verbrenner-Motoren und E-Motoren unterscheidet. Es gibt auch signifikante Unterschiede bei der Herstellung ihrer Komponenten. Anstelle der aufwändigen Gieß- und Bearbeitungsprozesse, die zur Herstellung von Kurbelgehäusen, Zylindern, Nockenwellen und Gestängen für Verbrenner erforderlich sind, können kleinere und weniger komplexe Bearbeitungsverfahren verwendet werden, um Komponenten für Elektromotoren herzustellen und zu montieren, darunter Rotornaben, Statornaben, Magnete und Lager. In diesem Sinne betrifft die Umstellung auf die Elektroauto-Produktion nicht nur die Autohersteller selbst und ihre Zulieferer, sondern auch Hersteller von Maschinen und Automatisierungsgeräten für motorbezogene Teile.
Der andere deutliche Unterschied in der Antriebsstrangproduktion ist die Integration von Batteriepacks. Autohersteller bauen Batteriepacks häufig im eigenen Haus zusammen, indem sie Batteriemodule zusammensetzen. Die Zellen, die in die Batteriemodule eingebaut werden, werden jedoch in der Regel von spezialisierten Lieferanten hergestellt, häufig aus der asiatischen Unterhaltungselektronikindustrie. Die Lieferung dieser Batteriezellen an Autohersteller erfordert eine gut funktionierende Lieferkette, da Autohersteller aufgrund der potenziellen Brandgefahr und einer möglichen Verschlechterung der Batterien im Laufe der Zeit keine großen Lagerbestände an Batteriemodulen führen können und wollen. Daher müssen Autohersteller einen nahtlosen Just-in-Time-Produktionsprozess für diesen Aspekt der E-Auto-Fertigung erstellen.
Fertigungsunterschiede bestehen auch in anderen Bereichen. Während die Reduzierung des Fahrzeuggewichts zur Erfüllung der Anforderungen an den Kraftstoffverbrauch in der Autoindustrie insgesamt ein fortlaufender Prozess ist, konzentrieren sich die E-Auto-Hersteller besonders auf dieses Problem, da die Batteriepacks in ihren Fahrzeugen extrem schwer sind, was wiederum die Reichweite verringert. Beispielsweise wiegt allein der Akku des Tesla Model S mehr als eine halbe Tonne. Um dem zusätzlichen Gewicht entgegenzuwirken, besteht die Karosserie des Model S hauptsächlich aus Aluminium, das leichter und fester als Stahl ist. In einer Fabrik ist es jedoch schwieriger, mit Aluminium zu arbeiten. Beispielsweise ist die Feinabmessung von Konstruktionsausschnitten schwierig, da Aluminiumlegierungen im Vergleich zu Stahl relativ weich sind. Darüber hinaus ist das Verbinden von Fahrzeugkarosserieteilen aus Aluminium aufgrund einer Oxidschicht, die sich beim Schweißen auf ihrer Oberfläche aufbaut, problematisch. Dies führt dazu, dass schwache Verbindungen sowohl durch Kleben als auch durch Punktschweißen stabilisiert werden müssen.
Elektroautos fast genauso arbeitsintensiv wie Verbrenner
Die allgemeine Meinung, dass Elektroautos weniger arbeitsintensiv sind als herkömmliche Fahrzeuge, ist ungenau und bildet nicht die Komplexität der E-Auto-Produktion ab. Tatsächlich sind die Arbeitsanforderungen für die Montage von Elektroautos und Verbrennern vergleichbar. E-Autos erfordern zwar keine Montage von Kraftstoffleitungen oder Abgassystemen, dafür aber von Hochspannungskabeln und Wechselrichtern, die Installation von Ladeeinheiten und den Anschluss der Batteriekühlung. Einige E-Autos verfügen außerdem über einen zusätzlichen vorderen Kofferraum, den Frunk, der einen zusätzlichen Schritt beim Zusammenbau der Innenverkleidung bedeutet, der in der Verbrenner-Produktion nicht erforderlich ist. Darüber hinaus erfordern einige Teile des E-Auto-Herstellungsprozesses eine stärkere Berücksichtigung der Qualitätskontrolle, wodurch der Aufwand komplexer wird. Beispielsweise sind zusätzliche Qualitätsprüfungen erforderlich, um sicherzustellen, dass keine Schrauben, Muttern oder andere Kleinteile versehentlich im Akkupack verbleiben, was zu einer Überhitzung und einem Brand führen könnte.
Auch die Fabrikinfrastrukturen unterscheiden sich. Beispielsweise benötigen Anlagen, die ausschließlich der Elektroauto-Herstellung gewidmet sind, keine Abgasabsaugsysteme im Endkontrollbereich. Diese Einsparungen werden jedoch durch die spezielle Ausrüstung ausgeglichen, wie sie etwa für das zusätzliche Gewicht der Batterien erforderlich ist. Dies umfasst die Maschinen, die erforderlich sind, um Batteriemodule und -pakete im Werk zu befördern, sowie den verstärkten Fahrgestellförderer oder andere Transportsysteme, die zum Bewegen der zusammengebauten Fahrzeuge am Ende der Linie erforderlich sind. Diese Erfordernisse in der Infrastruktur können die Umwandlung von herkömmlichen Produktionsanlagen in E-Auto-Montageanlagen ohne teure Nachrüstung erschweren.
Unterschiedliche Herangehensweisen bei der Elektroauto-Produktion
Die meisten Autohersteller, die beginnen, Elektroautos in ihren Fertigungsmix zu integrieren, entscheiden sich zwischen zwei Produktionsstrategien: einem nativen Setup, das ausschließlich der Herstellung von E-Autos gewidmet ist, oder einem gemischten Setup, das sowohl E-Autos als auch Verbrenner herstellen kann. Native Produktionsaufbauten erfordern eine hohe Produktionsmenge, um die Investition amortisieren zu können – was im Wesentlichen einer Wette auf Elektroautos in einer Zeit gleichkommt, in der die zukünftige Nachfrage noch ungewiss ist. Das native Setup ermöglicht es Autoherstellern, die optimistisch gegenüber Elektroautos eingestellt sind, ihre Produktion zu optimieren und diese Fabriken aufgrund der relativ geringen Produktvarianz mit sehr hoher Effizienz zu betreiben.
Im Gegensatz dazu können gemischte Montagelinien äußerst ineffizient sein. Der Betrieb einer größeren Produktvielfalt auf einer einzigen Linie führt häufig zu Ineffizienzen bei der Produktion aufgrund unterschiedlicher Zykluszeiten und der Notwendigkeit separater Montagestationen für Teile, die nur für Verbrenner oder E-Autos gelten. Dies führt wiederum zu einer Verringerung der Auslastung von Arbeitskräften und Geräten. Darüber hinaus besteht in gemeinsam genutzten Montagebereichen das zusätzliche logistische Problem, dass viele verschiedene Arten von Teilen und Materialien pünktlich an die Montagelinie geliefert werden müssen.
Es ist wichtig zu verstehen, wie sich die Produktion von Verbrennern und Elektroautos unterscheidet, da dies ein schärferes Bild der Unterschiede in der Wertschöpfung während der Herstellungsprozesse für jedes Fahrzeug liefert. Die Wertschöpfung bei der Herstellung umfasst die Kosten für die Umwandlung von Rohmaterial in ein fertiges Fahrzeug. Ein zentraler Bestandteil der Wertschöpfung sind direkte und indirekte Arbeitsstunden pro Fahrzeug.
Ergebnisse der Studie im Detail
Um die für den Aufbau eines Verbrenners und eines Elektroautos erforderlichen Gesamtarbeitsstunden sowie die Verteilung des Arbeitswerts über die Wertschöpfungskette für beide Fahrzeugtypen zu analysieren und zu vergleichen, haben die BCG-Experten zunächst die kombinierten Produktionsaktivitäten von Autoherstellern und Tier-1-Zulieferern für ein einzelnes Referenzfahrzeug berechnet, ein D-Segment-Auto, eine mittelgroße Premium-Limousine. BCG hat die Arbeitsstunden unter der Annahme eines ähnlichen Wirkungsgrads für die Verbrenner- und E-Auto-Produktion modelliert und die Zeit berücksichtigt, die direkte Fertigungsarbeiter – Monteure, Maschinenbediener und dergleichen – und Mitarbeiter, die an indirekten Fertigungsfunktionen beteiligt sind, einschließlich der Qualitätskontrolle und -wartung, mit der Produktion eines Fahrzeugs verbringen.
Hier die Aufschlüsselung der größten Unterschiede zwischen Verbrennern und Elektroautos in den Hauptaspekten des Fahrzeugbaus:
Komponenten. Da Elektromotoren weniger Teile als herkömmliche Motoren haben, erfordern sie weniger Gießen und Bearbeiten. Elektroautos sind häufig mit Single-Speed-Getrieben ausgestattet, die weniger Komponenten erfordern, und Abgas- und Kraftstoffsysteme sind nicht erforderlich. Daher macht die Komponentenherstellung derzeit 47 Prozent der Fahrzeugarbeitsstunden für ein Elektroauto aus, verglichen mit 54 Prozent für einen Verbrenner. Der Prozentsatz, der für die Herstellung von Bauteilen bereitgestellt wird, mag sehr hoch erscheinen. Er umfasst allerdings teils hochgradig manuelle Prozesse wie die Herstellung von Kabelbäumen, die eine äußerst arbeitsintensive Anstrengung darstellen: etwa zehn Stunden manuelle Arbeit gegenüber nur gut drei Stunden für die Montage eines Motors.
Montage und Einbau von Motor, Motor und Getriebe. Da der Bau und die Montage eines Elektromotors relativ wenig Zeit in Anspruch nehmen, beziehen sich nur etwa 2 Prozent der E-Auto-Arbeitsstunden auf diese Aufgabe (vorausgesetzt, das Auto verfügt nur über einen Elektromotor), verglichen mit 7 Prozent in einem Verbrenner.
Batterieherstellung. Diese Kategorie umfasst die Zellproduktion sowie die Montage von Modulen und Batteriepacks – und ist natürlich für Elektroautos von wesentlicher Bedeutung, hat also keinen Einfluss auf die Arbeitszeitberechnungen eines Verbrenners. Obwohl die Zellherstellungsanlagen stark automatisiert sind, ist ein erheblicher Teil der indirekten Arbeit für den Betrieb von Maschinen und Geräten, die Kontrolle des Produktionsprozesses und die Qualitätsprüfung erforderlich. Allein die Zellherstellung erhöht die Fahrzeugstunden pro Elektroauto um etwa 8 Prozentpunkte im Vergleich zum Verbrenner.
Pressen und Lackierereien. Die Aktivitäten in diesen Phasen sind größtenteils unabhängig vom Antriebsstrang und der Leistungselektronik, sodass die Anforderungen an die Arbeitsstunden pro Fahrzeug für Elektroautos und Verbrenner ungefähr gleich sind.
Fahrzeugmontage. In dieser Phase gibt es einige Unterschiede zwischen den beiden Fahrzeugtypen. Der zusätzliche Arbeitsaufwand für die Elektroauto-Montage, einschließlich der Installation der Ladeeinheit und der zusätzlichen Verkabelung sowie der Batterie, überwiegt geringfügig die Verbrenner-Prozesse, wie z.B. die Installation von Kraftstofftanks und Motorverkabelung. Einige Autohersteller erwarten bei Elektroautos eine Erhöhung der Arbeitsstunden für die Fahrzeugmontage um bis zu 8 Prozent im Vergleich zu Verbrenner-Basiswerten, wenn ein ähnlicher Automatisierungsgrad angenommen wird.
Unter Berücksichtigung all dieser Arbeitsstunden pro Fahrzeug liegt der aktuelle Arbeitsbedarf bei einem Elektroauto nur um etwa 1 Prozent unter dem für Verbrenner. Warum also der Aufschrei, dass der „Jobkiller“ Elektroauto zehntausende Arbeitsplätze in Deutschland vernichten wird?
Wohin sich Wertschöpfungsketten verschieben
Nun. Ein großer Teil der Wertschöpfung, welcher durch den Wegfall des Verbrennungsmotors gleich mit entfällt, fängt beim Elektroauto die Batterie auf. Und die besteht aus hunderten bis tausenden Batteriezellen – welche die deutschen Hersteller vorrangig von ihren asiatischen Zulieferern einkaufen. Die Arbeitsplätze gehen durch das Elektroauto also nicht verloren. Sie wandern nur woanders hin. Vom Autohersteller zum Zelllieferanten, von Deutschland nach Japan, China oder Südkorea.
Ein weiteres Ergebnis der Studie zeigt, dass in Deutschland nicht nur Arbeitsplätze verloren gehen, sondern enormes Potenzial bei der Wertschöpfung: Diese ist bei Elektroautos trotz geringerer Komponentenanzahl derzeit 30 Prozent höher als bei einem Verbrenner, vor allem aufgrund der teuren Batterie.
Die Auswirkungen dieser Verlagerung auf westliche Automobilunternehmen sind enorm, da praktisch alle dominierenden Batteriezellenhersteller asiatische Unternehmen sind. Nur eine kleine Handvoll westliche Akteure wie das schwedische Unternehmen Northvolt sind gerade dabei, Produktionsanlagen zu errichten. Die Analyse der BCG zeigt deutlich, dass der Arbeitskräftebedarf der Autohersteller langfristig sinken wird, wenn sich die Branche in Richtung einer reinen E-Auto-Produktion bewegt und wenn die Autobauer nicht auch in die Zellfertigung einsteigen.
Die Analyse der Produktionsbedingungen von E-Autos und Verbrennern – wie sie sich unterscheiden und wie sich diese Unterschiede auf den Arbeitskräftebedarf in der gesamten Wertschöpfungskette der Automobilindustrie auswirken, wenn die Akzeptanz von E-Autos zunimmt – zeigt, dass Automobilunternehmen ihre Betriebsabläufe neu bewerten müssen. Sie stehen vor der grundlegenden Entscheidung, ob sie die Batteriezellen vielleicht nicht doch besser selbst oder im Rahmen von Joint-Ventures produzieren.
Quelle: Boston Consulting Group – Shifting Gears in Auto Manufacturing // Handelsblatt – E-Mobilität vernichtet keine Auto-Jobs, doch viele Chancen bleiben ungenutzt