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
