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Übersicht: Elektromobilität

Elektromobilität: Definition, Fahrzeuge und Zukunft

| Autor/ Redakteur: Gerald Scheffels / Svenja Gelowicz

Elektromobilität einfach erklärt: Was sind die Vor- und Nachteile, welche Gesetze gibt es und wie funktionieren Antrieb und Energiespeicher? Alle Grundlagen auf einen Blick!

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Elektromobilität ist eines der Megathemen für die Autoindustrie. Große Produktoffensiven haben nun einige der Autohersteller angekündigt.
Elektromobilität ist eines der Megathemen für die Autoindustrie. Große Produktoffensiven haben nun einige der Autohersteller angekündigt.
( Bild: Volkswagen AG )

Elektromobilität (engl. electromobility) ist laut Definition die Nutzung von Elektrofahrzeugen1. Die Bundesregierung selbst beschreibt Elektromobilität als alle Fahrzeuge, die von einem E-Motor angetrieben werden und ihre Energie vor allem aus dem Stromnetz beziehen. Der vorliegende Beitrag beschreibt nur die Elektromobilität aus Sicht der Automobilindustrie, bezieht dabei aber die Infrastruktur mit ein.

Um die Elektromobilität ranken sich viele Mythen. Für die einen sind E-Autos die Heilsbringer für eine saubere Zukunft, für die anderen ist das alles Augenwischerei. „ZDF wiso“ hat die häufigsten Zweifel von Experten checken lassen.

Was sind Vorteile und Nachteile der Elektromobilität?

Zu den Vorteilen gehört das lokal emissionsfreie Fahren, wobei in dieser Aussage schon ein Nachteil mitschwingt. Wie stark in der Gesamtbilanz wirklich Emissionen gesenkt werden, hängt vom Energiemix ab und auch die für die Fahrzeugproduktion benötigte Energie muss berücksichtigt werden. Nach einer Studie der schwedischen Energieagentur ist die Ökobilanz eines Elektrofahrzeugs aber nach 30.000 km (kleines Fahrzeug) bis 100.000 km (großes Fahrzeug) besser als die eines „Verbrenners“ gleicher Größe. Ökologisch kritisch ist auch der Bedarf an seltenen Bodenschätzen (zum Beispiel Lithium) für die Batterieproduktion.

Würden die E-Autos mit regenerativem Strom fahren, wäre die Bilanz hervorragend. Aktuell entstehen bei der Erzeugung einer Kilowattstunde Strom im deutschen Strommix aber durchschnittlich 530 Gramm CO2.

Klarer Nachteil ist (noch) die mangelnde Reichweite und die lückenhafte Versorgung vor allem mit Schnellladestationen an den Fernstrecken. Als Vorteil wird das angenehme Fahrerlebnis (geräuscharmes Fahren, hohes Drehmoment vom Start weg) angesehen.

Aus Sicht der Fahrzeugentwicklung ist positiv, dass das Fehlen von Verbrennungsmotor und mechanischem Antriebsstrang ganz neue Freiheiten in Konstruktion und Design ermöglicht. Für die Wirtschaft und den Arbeitsmarkt könnte die Elektromobilität zur Folge haben, dass Arbeitsplätze in der Automobilindustrie (einschließlich der Zulieferer) verloren gehen, weil ein Elektroantrieb sehr viel einfacher aufgebaut ist und weniger Komponenten benötigt als ein Verbrennungsmotor. Beispielsweise hat Volkswagen gemeldet, im Zuge der Elektrooffensive seien 7.000 Stellen in den Werken Hannover und Emden überflüssig geworden. Mitarbeitern die nicht altersbedingt oder freiwillig gehen, will der Konzern aber offenbar Alternativen anbieten.

Elektromobilität in Deutschland und weltweit: Die größten Hersteller, die meistverkauften E-Autos

In Deutschland sind aktuell (Stand Dezember 2018) zwischen 100.000 und 120.000 Autos mit Elektroantrieb zugelassen. Das entspricht einem Anteil von rund 1,9 Prozent (bezogen auf Neuzulassungen). Das von der Bundesregierung ausgegebene Ziel – eine Million Elektrofahrzeuge in Deutschland bis 2020 – wird sich somit nicht realisieren lassen. Aber der Anteil der E-Autos wächst mittlerweile und es gibt ein stark wachsendes Angebot an Fahrzeugen. Mit 36.062 reinen Elektroautos hat das Kraftfahrtbundesamt (KBA) 2018 deutlich mehr Stromer bei den Neuzulassungen registriert als ein Jahr zuvor (25.056).

In den USA wurde im Dezember 2018 die Marke von einer Million Elektrofahrzeuge erreicht. Hier liegt der Anteil an den Neuzulassungen bei 1,8 Prozent (bezogen auf die ersten drei Quartale 2018)2. In China sind rund 1,2 Millionen Elektroautos unterwegs (Anteil der Neuzulassungen 3,5 %), weltweit dürften es mehr als drei Millionen sein. Am höchsten ist der Anteil der Elektrofahrzeuge an den Neuzulassungen in Norwegen (46,7 %), es folgen die Niederlande mit 4,7 Prozent.

Der chinesische Hersteller BYD ist größter E-Autoproduzent der Welt. Im ersten Quartal hat das Unternehmen über 70.000 reine E-Mobile und Plug-in-Hybride verkauft, wie aus einer Statistik des Beratungsunternehmens Inovev hervorgeht. Das ist das Top-5-Ranking der größten Elektroautohersteller weltweit:

Der Renault Zoe ist das meistverkaufte Elektroauto in Deutschland.
Der Renault Zoe ist das meistverkaufte Elektroauto in Deutschland.
( Bild: Renault )

Meistverkauftes Elektrofahrzeug auf dem deutschen Markt war im Zeitraum von Januar bis Juli 2018 der Renault Zoe mit 3.011 Exemplaren, gefolgt von VW Golf-E, Smart Fortwo EQ, Kia Soul und BMW 3i.

Marktstarts:Unter diesem Link finden Sie die Elektroautos von 2018 und 2019.

Stichwort Marktprognose: Ab dem Jahr 2030 ist damit zu rechnen, dass der Absatz von Pkw mit Verbrennungsmotor stark abnimmt. 2035 dürften weltweit erstmals mehr Pkw mit Elektroantrieb als mit Verbrennungsmotor abgesetzt werden3. Da der gesamte Pkw-Absatz bis dahin aber stark steigen wird (um 57 Prozent auf mehr als 116 Millionen Fahrzeuge in 2030), wird dann voraussichtlich immer noch eine beachtliche Anzahl von Autos mit Verbrennungsmotor produziert.

Auch politische Rahmenbedingungen sind ein Treiber für E-Mobilität: Die Automobilhersteller haben auch deshalb ein Interesse am Absatz von Elektrofahrzeugen, um die Flottenverbräuche niedrig zu halten und Strafzahlungen (ab 2021) zu umgehen, die bei der Überschreitung vorgegebener Werte fällig werden. Darüber hinaus wird in zahlreichen Metropolen über Fahrverbote für Fahrzeuge mit Dieselmotoren nachgedacht – zum Beispiel in London, Mexico City und Paris. Elektroantriebe (einschließlich Hybridtechnik) können in diesen Städten die Fahrt auf den „letzten Meilen“ zum Zielort in der City ermöglichen. Außerdem sind elektrisch betriebene Kleinstfahrzeuge wie E-Tretroller, Hoverboards oder andere Mikromobile eine Alternative, da die Gesetzgebung nun auch in Deutschland die Rahmenbedingungen dafür geschaffen hat.

Das Elektromobilitätsgesetz kurz und knapp

Das Gesetz zur Bevorrechtigung der Verwendung elektrisch betriebener Fahrzeuge, vereinfacht das Elektromobilitätsgesetz, kurz EmoG, gilt seit Juni 2015. Sein Ziel: Maßnahmen zur Bevorrechtigung von E-Fahrzeugen im Straßenverkehr zu ermöglichen, um einen umweltfreundlichen Individualverkehr zu fördern.

Weitere Infos zum Elektromobilitätsgesetz finden Sie beim Bundesministerium für Justiz und für Verbraucherschutz.

Elektromobilität: Welche Antriebsarten gibt es?

  • Hybrid (HEV) – Kombination von Verbrennungs- und Elektromotor
  • Mild Hybrid – Hybrid mit Elektromotor begrenzter Leistung, der unterstützend zum Verbrennungsmotor arbeitet (ähnlich einem Turbolader)
  • Plug-in-Hybrid (PHEV) – Hybridfahrzeug mit Auflademöglichkeit am Stromnetz
  • E-Auto mit Range Extender (REX) – Zusätzlicher Verbrennungsmotor eines Elektroautos, der nicht das Fahrzeug antreibt, sondern über einen Generator die Batterie lädt
  • Batterie (BEV) – „reine“ Elektrofahrzeuge ohne Verbrennungsmotor. Energieversorgung über Batterie, Aufladung per Ladestation
  • Brennstoffzelle – Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzelle. Diese stellt durch Elektrolyse von Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie für den Antrieb und die Batterie bereit

Als Hauptnachteil von BEVs wird die begrenzte Reichweite angesehen. Eine Kombination mit Verbrennungsmotor (HEV, BEV + REX) erhöht zwar die Reichweite, aber auch die Komplexität des Antriebsstrangs und das Gewicht (und den Preis) des Fahrzeugs ganz erheblich.

E-Autos: Stand der Technik bei Antrieb und Energiespeicher

Als Traktionsmotoren von Elektrofahrzeugen kommen überwiegend Drehstrom-Synchronmotoren zum Einsatz. Die Getriebe sind deutlich einfacher aufgebaut und meist zweistufig (plus Rückwärtsgang). Beim Energiespeicher haben sich Lithium-Ionen-Akkumulatoren als Stand der Technik durchgesetzt.

Blick in die Zukunft – Neue Batterietechnologien: Jahrzehntelang gab es zumindest in Europa kaum ernsthafte Batterieforschung (Elektrochemie). Das wird nun aufgeholt. Ein „Hotspot“ befindet sich z. B. an der Universität Münster: Im Institut MEET arbeiten rund 140 Forscher an Batterietechnologien der Zukunft – mit einem Fokus auf automobile Anwendungen4. Hauptziele der Batterieentwicklung sind die Senkung der Kosten und die Steigerung der Reichweite.

Neben der Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Technologie arbeiten Batterieforscher weltweit auch daran, neue Arten von Batteriesystemen serienfähig zu machen. Dazu gehört die Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4)-Technologie sowie – in noch stärkerem Maße – die Feststoffbatterien, bei denen sowohl beide Elektroden als auch der Elektrolyt aus festem Material bestehen. Das ermöglicht eine höhere Energiedichte. Mehrere Autohersteller haben angekündigt, ab etwa 2025 Feststoff-Akkus in ihren Elektroautors einzusetzen5. Volkswagen investiert beispielsweise 100 Millionen US-Dollar in sein Start-up, welches zu Feststoffbatterien forscht.

Stichwort Batterieproduktion: Einige Autohersteller haben eine eigene Batteriesystemfertigung aufgebaut, in der Zellen zu einbaufertigen Komplettbatterien montiert werden. Die Batteriezellen als Herzstück des Energiespeichers beziehen sie von wenigen, meist asiatischen Herstellern. Volkswagen zum Beispiel will im niedersächsischen Salzgitter mit einem Partner eine eigene Batteriezellfertigung aufbauen. Spätestens Ende des Jahres 2023 soll die Produktion dort starten.

Ob deutsche oder europäische Autohersteller (allein oder im Verbund) eine eigene Zellfertigung benötigen, wird zurzeit in der Industrie, aber auch in der Politik stark diskutiert. Grund dafür ist, dass Batterien einen erheblichen Teil der Wertschöpfung eines Elektrofahrzeugs ausmachen. Auch die Frage der Liefersicherheit spielt bei der Diskussion eine Rolle. Diskutiert wird auch, welche Batterietechnologie dann favorisiert wird. Vieles spricht hier für die Feststoffbatterie.

Das Bundeswirtschaftministerium hat eine Anschubfinanzierung von einer Milliarde Euro zur Verfügung gestellt, um eine nationale Batteriefertigung aufzubauen und u. a. die negativen Effekte der Elektromobilität auf den Arbeitsmarkt zu kompensieren.

Welche Ladesysteme gibt es für Elektroautos?

Drei bzw. vier Steckersysteme sind zurzeit marktüblich. In Europa dominieren der „Typ 2“-Stecker und der darauf basierende CCS-Stecker (Combined Charging System) mit Schnellladefunktion. In Japan wird der CHAdeMO-Stecker verwendet. Tesla setzt bei seinen „Superchargern“ auf ein eigenes Steckersystem.

Aktuell sind mehrere Steckersysteme in Gebrauch.
Aktuell sind mehrere Steckersysteme in Gebrauch.
( Bild: Innogy )

Ladesäulen – von der Wallbox für die Garage bis zum High-Power-Ladesystem – werden von verschiedensten Herstellern angeboten. Technisch machbar sind zurzeit Ladesysteme mit bis zu 320 bzw. 350 kW Leistung (ADS-Tec und ABB). Sie erlauben das „Tanken“ von Energie für 200 Kilometer innerhalb von acht Minuten.

Einige Elektrofahrzeuge wie etwa der BMW 530e mit Plug-in-Hybrid bieten die Möglichkeit des kabellosen, induktiven Ladens. Hier ist die Ladeleistung allerdings begrenzt. Für die Zukunft sind auch induktive Ladesysteme denkbar (und werden bereits erprobt), die in die Fahrbahn integriert werden und die Batterien von Elektroautos während der Fahrt laden.

Wie steht es in Deutschland um die Ladeinfrastruktur?

Die Akzeptanz der Elektromobilität steht und fällt mit der Reichweite einer Batterieladung und – vor allem bei Fernfahrten – mit der Verfügbarkeit von Ladestationen und der Schnelligkeit des Ladevorgangs.

Bis 2020 sollen in Deutschland rund 15.000 Ladestationen zur Verfügung stehen, rund 5.000 davon mit mehr als 50 Kilowatt Ladeleistung. Diese Schnellladesysteme („High Power Charging“) sollen vor allem entlang der Fernstraßen installiert werden. Ionity – ein Gemeinschaftsunternehmen von Audi, BMW, Daimler, Ford, Porsche und VW – arbeitet zum Beispiel an einem solchen Netzwerk. Das allgemeine Stromnetz ist allerdings auf solche Ladeleistungen nicht ausgelegt und man wird netzunterstützende stationäre Batteriespeicher benötigen.

Zur Infrastruktur gehören auch die Information der Fahrer von Elektroautos über freie Ladesäulen und ein möglichst einfacher, anbieterübergreifender Abrechnungsmodus. Hier bestehen in der Praxis noch Hürden.

Reichweite: Wie weit fahren Elektroautos?

Bei reinen Elektrofahrzeugen ist die Reichweite pro Batterieladung die kritische (und viel diskutierte) Größe und damit ein entscheidender Faktor für die Akzeptanz des Elektroantriebs. Vor wenigen Jahren noch waren 200 bis 250 km üblich. Bei den neuen, für 2019 angekündigten Modellen geben die Hersteller wie Auto und Daimler Werte um 450 km an. Fahrzeuge mit spezifischen Einsatzzwecken wie etwa das Lieferfahrzeug Streetscooter kommen mit geringeren Reichweiten (ca. 120 km) aus.

In Zukunft können Elektroautos zudem als Teil von „Smart Grids“ genutzt werden. Ihre Batterie wird dann als Speichersystem für dezentrale Netzwerke verwendet und selbsttätig geladen, wenn (regenerative) Energie erzeugt wird. Bei Bedarf geben die Batterien die Energie wieder ans Netz ab, wenn das Fahrzeug sie nicht abruft. Diese Technik wird als „Sektorenkopplung“ bezeichnet und aktuell stark diskutiert. Gemeint ist die Kopplung von Energieerzeugern und -verbrauchern, die bislang voneinander getrennt waren. Die bislang auf Rohöl basierende Energieversorgung des Verkehrs wird mit der Elektromobilität in das zentrale oder dezentrale Stromnetz integriert. Das erschließt zusätzliche Synergieeffekte für alle beteiligten Sektoren.

E-Mobilität: Status der deutschen Automobilindustrie

Die deutschen Automobilhersteller haben erst spät den Eintritt in die Elektromobilität vollzogen, nun aber eine wahre Modelloffensive angekündigt. Allein VW will bis 2025 rund 80 neue E-Modelle vorstellen und 2020 mit ID eine eigene Marke nur für Elektrofahrzeuge einführen. Der Konzern hat im November 2018 angekündigt, bis 2025 rund 30 Milliarden Euro in die Elektromobilität zu investieren.

Audi hat das vollelektrische SUV E-Tron präsentiert, Mercedes den EQC und Porsche bereitet für 2019 den Taycan (auf Basis der Studie Mission E) vor. BMW ist mit den Modellen i3 und i8 schon seit 2013 im Markt. Opel hat seit 2012 – damals noch als General Motors-Tochter – verschiedene Ampera-Modelle im Programm, Ford plant für 2020 die Einführung mehrerer Elektroauto-Modelle wie z. B. das Crossover-Fahrzeug Mach E.

Interaktive Grafik: Welcher Hersteller wird 2025 Technologieführer bei Elektromobilität sein?

Welche Auswirkungen hat Elektromobilität auf die Fahrzeugarchitektur?

Der Wegfall des Verbrennungsmotors hat erhebliche Auswirkungen auf die Fahrzeugarchitektur, ebenso die Integration der großvolumigen und schweren Batterie. Um deren Gewicht zu kompensieren, kommen neue Technologien und Werkstoffe für den Karosseriebau ins Spiel.

Alles in allem bietet die Elektromobilität Chancen für neue Konzepte und für die Abkehr von einer Jahrzehnte alten und bewährten Grundkonstruktion. Hier sehen viele Unternehmen Chancen für die Etablierung neuer Technologien (z. B. für additive Fertigungsverfahren und für automobilen Leichtbau) bzw. für den Markteintritt in die Automobilindustrie (z. B. die Hersteller von Elektromotoren).

Welche Auswirkungen hat Elektromobilität auf die Autozulieferer?

Ebenso gravierend sind die Auswirkungen der Elektromobilität auf die Zulieferkette. Sämtliche Komponenten des Verbrennungsmotors (eine vierstellige Anzahl an Bauteilen) entfallen, ebenso Nebenaggregate wie Tank und Abgasanlage. Das (meist zweistufige) Getriebe ist sehr viel einfacher aufgebaut oder entfällt vollständig. Brems- und Lenksysteme sowie die Radaufhängung verändern sich signifikant, ebenso z. B. die Heizung/Klimatisierung. Zugleich werden zusätzliche Elektrik- und Elektronikkomponenten benötigt.

Die Elektromobilität hat erhebliche Auswirkungen auf die Fahrzeugarchitektur – und auf die Zulieferindustrie.
Die Elektromobilität hat erhebliche Auswirkungen auf die Fahrzeugarchitektur – und auf die Zulieferindustrie.
( Bild: Porsche Consulting )

Die Elektromobilität wird also eine deutliche Veränderung der Zulieferindustrie zur Folge haben. Laut Cedric Perlewitz, Head Automotive & Transport der Commerzbank, sind die Automobilzulieferer deshalb weiterhin gefordert, ihren Strategiewandel zur E-Mobilität zu beschleunigen: „Neue sektorübergreifende Wettbewerber oder auf reine E-Autos spezialisierte OEMs konkurrieren mit den etablierten Playern.“7

So hat Automobilzulieferer Bosch beispielsweise im Jahr 2017 eine eigene Geschäftseinheit für Elektromobilität gegründet.

Nicht zu unterschätzen sind auch die volkswirtschaftlichen Auswirkungen. Laut einer Studie des Instituts für Arbeitsmarkt- und Berufsforschung vom Dezember 2018 werden aufgrund der Umstellung auf den Elektroantrieb bei Pkws in Deutschland knapp 114.000 Arbeitsplätze verlorengehen. Hauptgrund ist der wesentlich einfachere Aufbau des Antriebsstrangs. 8

Geschichte der Elektromobilität: Wer hat das Elektroauto erfunden?

In den Anfängen der Automobilgeschichte, um 1900, gab es in den USA mehr Elektroautos als solche mit Ottomotor. Erst Erfindungen wie der Anlasser machten den Verbrennungsmotor serienfähig. In der Folgezeit spielte der Elektroantrieb jahrzehntelang nur eine Nischenrolle. Zum Beispiel waren in den Siebzigerjahren in Großbritannien „Milkfloats“ sehr gefragt: Kleintransporter, die morgens früh geräuschlos die Milch auslieferten.

Bildergalerie

Die „neuzeitliche“ Elektromobilität startete im Jahr 1997 mit dem Toyota Prius. Inzwischen fertigt Toyota den Prius in der vierten Generation (auch als Plug-in-Hybrid mit Lademöglichkeit am Stromnetz) und hat insgesamt mehr als elf Millionen Fahrzeuge dieses Typs hergestellt.

Zukunft der Elektromobilität – nur eine Brückentechnologie?

Laut Expertenmeinung ist es nicht ausgemacht, ob die Elektromobilität der „Königsweg“ für die Ära nach der Nutzung fossiler Kraftstoffe ist. Es gibt Stimmen, die Elektrofahrzeuge nur als Brückentechnologie für andere Energie- und Antriebsarten sehen. Vor allem Brennstoffzellen-Fahrzeuge, die mit Wasserstoff betrieben werden, könnten sich mittelfristig durchsetzen, ebenso alternative Flüssigbrennstoffe (sogenannte E-Fuels).

Laut einer Studie der Beratungsgesellschaft Frost & Sullivan steigt der Markt für Brennstoffzellenfahrzeuge dominiert von den asiatischen Automobilherstellern bis im Jahr 2030 auf circa 583.360 Einheiten an. Die Markteinführung von 20 Brennstoffzellenautos (englisch: Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV) wird das Wachstum im globalen Markt in den nächsten Jahren festigen.

Weitere Infos zum Thema Elektromobilität

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Übersicht Elektromobilität: Quellen

1Elektromobilität, www.wikipedia.de, abgerufen am 4.12.2018

2Holger Holzer, Eine Million E-Fahrzeuge in den USA. automobil-industrie.de vom 3.12.2018, abgerufen am 3.12.2018

3Porsche Consulting (Hg.) Auswirkungen der Elektrifízierung des Automobils auf den deutschen Maschinenbau. Donwload unter: www.porsche-consulting.com/de/medien/studien/

4https://www.uni-muenster.de/MEET/

5Holger Holzer, Feststoff-Akkus: China startet Serienproduktion. automobil-industrie.de vom 26.11.2018, abgerufen am 3.12.2018

6Holger Appel, Hürdenlauf am E-Werk. Eine Woche im Elektroauto. In: FAZ, 16.11.2018

7Zitiert nach: Branchenbarometer E-Mobilität. In: Automobil Industrie 10/2018, S. 10

8Umstellung auf Elektroautos: Mehr als 100.000 Stellen fallen weg. www.faz.net vom 5.12.2018, abgerufen am 5.12.2018

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