Elektroantriebe

Die Euphorie hat sich entladen: Elektroautos kommen nicht in Gang

Der verbrennungslose Motor stottert und kommt nicht in Gang. Heutige Autobatterien sind nicht stark genug, deshalb wird an neuartigen Batteriemischungen und Produktionsverfahren getüftelt.

Nomen est omen. Der Batteriekonzern Varta ist tatsächlich an der Daimlerstrasse zu Hause. Nicht der einzige Berührungspunkt zu den heimischen Autobauern. Denn als einer der letzten verbliebenen Batteriehersteller Europas hat Varta vor drei Jahren mit der Volkswagen-Gruppe ein Joint-Venture vereinbart. Erklärtes Ziel ist es, bis 2014 leistungsfähige Batteriezellen für Elektroautos zu entwickeln.

Einen hohen zweistelligen Millionenbetrag lässt sich VW – der zweitgrösste Autokonzern der Welt – dies kosten, während die viel kleinere Varta vor allem Maschinenpark und elektrochemisches Know-how beisteuert. Denn das Traditionsunternehmen mit seinen insgesamt 2000 Mitarbeitern kann auf einen reichen Erfahrungsschatz bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen zurückgreifen. Just jene Batterietypen, welche auch die elektrischen Volkswagen dereinst geräusch- und emissionsfrei fortbewegen sollen.

Grossbatterie gefragt

Bis dahin ist es noch ein kurvenreicher Weg. 35 Forscher – Chemiker wie Ingenieure – arbeiten fürs Joint-Venture in Ellwangen. Hier in der württembergischen Kreisstadt, wo Varta jährlich über 600 Millionen Batterien nahezu voll automatisiert produziert. Die meisten Exemplare sind nicht grösser als ein Knopfloch und werden in Hörgeräten, Uhren oder drahtlosen Kopfhörern verbaut. Im Gegensatz dazu ist die 800 Gramm schwere, DIN-genormte Zelle fürs VW-Elektroauto eine Grossbatterie. 200 solcher Zellen braucht es, um einen Kleinwagen zu motorisieren. Es gelte, die bestehende Lithium-Ionen-Technologie fürs Elektroauto zu skalieren und sie in eine Massenproduktion überzuführen. Deshalb forsche man bereits in serienähnlichen Prozessen, sagt Werner Schreiber: «Schliesslich müssen wir dereinst Millionen solcher Zellen fertigen können.» Wer VW dereinst mit Zellen beliefern darf, ist allerdings noch völlig offen. Auch eine eigene Zellenproduktion schliesst der Autoingenieur nicht aus.

Auf Augenhöhe mit Asiaten

Schreiber leitet bei Volkswagen den Forschungsbereich Virtuelle Techniken: «Aus dem Stand» habe man in gut zwei Jahren eine Zelle entwickelt, die «auf Augenhöhe mit den Asiaten» sei. Gelten Japan und Korea doch als federführend bei Elektroantrieben. Trotz dieses Achtungserfolgs macht der VW-Forscher auf dem Weg in die verbrennungsfreie Motorenzukunft noch zahlreiche Baustellen aus. Da sind die Produktionskosten. Der Antriebsprototyp schlägt mit etwa 20000 Euro zu Buche. Viel zu viel. Wirtschaftlich wird es für VW erst bei 3000 bis 5000 Euro pro Elektromotor. Skaleneffekte aufgrund der Massenfertigung sollen helfen, die Produktionskosten künftig zu dämpfen. Denn das Batteriegeschäft ist kapitalintensiv. Ohne entsprechende Stückzahlen kommt man auf keinen grünen Zweig.

Daneben betreibt Varta aber auch – in Zusammenarbeit mit Partneruniversitäten – intensiv Materialforschung. Denn über 50 Prozent der Gesamtkosten gehen zulasten elektrochemischer Ingredienzien wie Lithium, Grafit oder Kobalt. Und hier sind die westlichen Autobauer vorerst noch stark von Rohstoff-Lieferanten aus Asien abhängig. Entsprechend sind nun Chemiekonzerne wie die deutsche BASF daran, eigene Produktions- und Lieferketten für die Lithium-Ionen-Basisstoffe zu etablieren.

Doch nicht nur die Produktionskosten gilt es, zu reduzieren. Auch bei den Eigenschaften der Zellen wartet auf das VW/VartaTeam noch viel Arbeit. Eine Reichweite von 150 Kilometern pro Ladung sei das Ziel, erklärt der Autoingenieur. Damit eignen sich Elektroautos bis auf weiteres wohl nur als urbane Stadtflitzer und damit für einen begrenzten Nutzerkreis. Entsprechend spricht Schreiber von Zweit- oder Nischenfahrzeugen. Zum Beispiel für Logistikunternehmen, deren Fahrer jeweils immer dieselbe Route absolvieren, im Stopp-and-Go-Modus unterwegs sind und anschliessend wieder nachladen können.

Doch bis der verbrennungslose Antrieb rund läuft, sind noch einige technische Hürden zu meistern. Gerade bei Minustemperaturen im Winter ist die Reichweite eingeschränkt: «Wenn der Fahrer den Innenraum beheizt, verkleinert sich automatisch der Radius.» Zudem besteht die Gefahr, dass die Elektrolyte gefrieren und die Batterie ihren Dienst gänzlich einstellt. Hinzu kommt die geringe Leistungsdichte der Zellen im Verhältnis zum Gewicht: «Eine heutige Autobatterie entspricht etwa zwei Gläsern Doppelkorn», sagt Schreiber plakativ. Diese gelte es nun mittels neuartiger Batteriemischungen und Produktionsverfahren sukzessive zu steigern, wobei allerdings bis zum «Ende der Dekade» keine Quantensprünge zu erwarten seien. Von heute 140 Wattstunden pro Kilo auf vielleicht etwa 200 Wattstunden in fünf Jahren. Mit dieser Evolution sind dann auch die Grenzen der Lithium-Ionen-Technologie erreicht.

Graue Energie fährt mit

Die Steigerung der Leistungsdichte ist indes kein Selbstzweck. Denn je dichter die Zelle, desto besser fällt ihre Ökobilanz aus. Angesichts einer aktuellen Studie des Bundesamtes für Umwelt (Bafu) haben heutige Elektroautos hier noch erheblichen Nachholbedarf. Dies, im Vergleich zu verbrauchsarmen Dieselfahrzeugen. Die Zellenfahrzeuge emittieren zwar 30 Prozent mehr an Treibhausgasen, aber belasten die Umwelt insgesamt um ein Drittel weniger als Elektromotoren.

Gerade die Produktion der Zellen (inklusive deren Rohstoffgewinnung) ist dabei enorm energieintensiv. So geht das Bafu davon aus, dass die Batterieherstellung – je nach Autotyp – einer Fahrleistung von 7000 bis zu 58000 Kilometern entspricht. Zum Vergleich: Die durchschnittliche Fahrleistung beträgt in der Schweiz 12000 Kilometer pro Jahr. Surrt das Elektromobil also aus der Produktion, fährt bereits graue Energie für mehrere Jahre mit.

Auch VW-Forscher Schreiber räumt ein, dass in der Batterieproduktion noch viel Einsparpotenzial stecke: «Mit Energierückgewinnung lässt sich der Fertigungsprozess um etwa die Hälfte verbessern.» Die Frage, wie weit die Effizienzanstrengungen bei VW/Varta bereits gediehen sind, lässt Schreiber allerdings unbeantwortet. Fest steht, dass Volkswagen im nächsten Jahr die ersten rein elektrischen Modelle auf den Markt bringen wird. Der Elektro-Golf rollt in kleinen Stückzahlen also an. Dessen Antrieb stammt allerdings aus Fernost. Vermutlich der japanische Sanyo-Konzern darf die erste Batterie für einen elektrischen Volkswagen liefern. Denn für heimische Zellen aus Ellwangen ist die Zeit noch nicht reif.

Verwandte Themen:

Meistgesehen

Artboard 1