BATTERIEELEKTRISCHE MOBILITÄT BEI PKW UND LKW: STAND UND AUSBLICK
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BATTERIEELEKTRISCHE MOBILITÄT BEI PKW
UND LKW: STAND UND AUSBLICK
Prof. Dr. Martin Wietschel
Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI
Webkonferenz am 22. Juni 2021 von 14:00 bis 17:00
„Die EU-Batterieverordnung: Ein Schlüssel für
nachhaltige Batterien und die Mobilitätswende?“
Zeichnungen: Heyko Stöber
© Fraunhofer
Agenda
Zur Effizienz der Antriebe
Stand und Ausblick auf Pkw
Zur Ökologie
Zur Ökonomie
Stand und Ausblick auf Lkw
Schlussfolgerungen
© Fraunhofer
Seite 2
D i e e i n z e l n e n K r a f t s t o ff e u n d A n t r i e b s s y s t e m e w e i s e n
d e u t l i c h e U n t e r s c h i e d e i m Wi r ku n g s g r a d a u f
Effizienz ist wichtig
Gerade unter der
aktuellen Verschärfung
der Klimaschutzziele
Beim Import von
Kraftstoffen fällt
Effizienz weniger ins
Gewicht
Aber der notwendige
Infrastrukturbedarf
dafür ist gigantisch
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Seite 3
Agenda
Zur Effizienz der Antriebe
Stand und Ausblick auf Pkw
Zur Ökologie
Zur Ökonomie
Stand und Ausblick auf Lkw
Schlussfolgerungen
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Seite 4
E i n e Vi e l z a h l a n O p t i o n e n f ü r P KW w i r d d e r z e i t d i s ku t i e r t
Differenzierung der betrachteten Kraftstoffe und Antriebssysteme
Fahrzeugklassen: Kleinwagen, Kompaktwagen, SUV
5 am häufigsten verkauften Fahrzeuge
Unterscheidungen: Masse, Leistung, Verbrauch, Batteriekapazität, elektrische Reichweite
Antriebe (moderne vergleichbare Fahrzeuge):
Benzin Diesel Gas mit biogenen Anteil (CNG/BCG) Plug-in-Hybride (PHEV) Batterie (BEV) Brennstoffzelle
(FCEV)
Mit zunehmender Beimischung Durchchnittlicher Strommix; 2020:
synthetischer/biogener Kraftstoffe Stromwende schreitet voran Erdgasreformierung
2030: Elektrolyse
Fahrzeugnutzung in Deutschland
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Seite 5
BEV schneiden heute bezüglich der Klimabilanz am besten
ab
Quelle: BIT, Fraunhofer ISI und dena (2021): Pkw-Antriebe für die Zukunft: Ökonomische, ökologische und technische Effizienz im Vergleich; Studie im
Auftrag des BMWi (Veröffentlichung in Vorbereitung)
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Seite 6Bei BEV wird die Klimabilanz wesentlich durch Batterie-
und Stromherstellung bestimmt
Langfristig: Für alle
Alternativen wird
Vermeidung von THG-
Emissionen in der Kompaktwagen
Herstellung wichtig
Bei Batterien fallen
zwischen 61-106 kg
CO2äq/kWh bei der
Herstellung an1)
Verbesserungen:
Verwendung
erneuerbaren Stroms
oder Nutzung von
Energieeffizienz-
potenzialen
Recycling und
Vermehrter Einsatz
Zweitnutzung können synthetischer Kraftstoffe
die Bilanz bei Batterien Quelle: BIT, Fraunhofer ISI und dena (2021): Pkw-Antriebe für die Zukunft: Ökonomische, ökologische und
weiter verbessern technische Effizienz im Vergleich; Studie im Auftrag des BMWi (Veröffentlichung in Vorbereitung)
1) Daten AUS Emilsson, Erik; Dahllöf, Lisbeth (2019): Lithium-Ion Vehicle Battery Production. Status 2019 on Energy Use, CO2 Emissions, Use of Metals, Products
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Environmental Footprint, and Recycling; Darstellung aus 2)
Seite 7Bei anderen Umweltbeeinträchtigungen ergibt sich ein
heterogenes Bild
BEV, PHEV und FCEV: kritisch bei nicht regenerativen abiotischer Ressourcenverbrauch, Mineralien und
Metalle (ARD_MM) (insbesondere Kupfer und elektronische Komponenten), auch die Humantoxitität ist
nicht besser.
In allen anderen Umweltkategorien schneiden sie gut ab
Synthetische Kraftstoffe haben nur einen nennenswerten Vorteil bei der Klimabilanz, wenn sie
überwiegend aus Erneuerbaren Strom hergestellt werden; kritisch bleiben Flächen-, Wasser- und
Energieverbrauch
Ökobilanz eines Kompakt-
Pkw (für die EU28)
(Quelle EU (2020): Determining the
environmental impacts of
conventional and alternatively fuelled
vehicles through LCA)
CED: Kumulierter Energieverbrauch HTP: Humantoxität
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Seite 8 POCP: Ozonvorläufer GWP: Klimaerwärmung
PMF: FeinstaubF o lg e n s c h w e r e e in e s V e r s o r g u n g s e n g p a s s e
E s s t e l l e n s i c h H e r a u s f o r d e r u n g e n b e i d e n Ro h s t o ff e n f ü r
BEV, PHEV und FCEV - Ein Show-Stopper ist aber nicht
e r ke n n b a r Lithium (BEV)
Temporäre Lieferengpässe und Platin (FCEV)
geopolitisch neue Kobalt (BEV)
Abhängigkeiten können
entstehen
Mangan
Drohende Rohstoffverknappung (BEV)
kann entgegengewirkt werden: 1
Geringerer Materialeinsatz Nickel (BEV)
PAN-bas. C_Fasern
(FCEV)Epoxidharz (FCEV)
0.8
Materialsubstitution Kupfe
Synth. Graphit
r
(BEV)
Recycling 0.6
Seltene Er-
Synth. Graphit den
(FCEV) Eisen Nat. Graphit
(BEV)
0.4 (BEV) Phosphor
Aluminium (BEV)
(BEV)
Kobalt (FCEV)
0.2
Nat. Graphit
(FCEV)
Titan (FCEV )
0
0.2 0.4 0.6 0.8 1
Versorgungsrisiko
Ergebnisdarstellung der Kritikalitätsanalyse von Rohstoffen für Batterie- (BEV) und
Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEV)
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Quelle: Reuter, B.; Hendrich, A.; Hengstler, J.; Kupferschmid, S.; Schwenk, M. (2019): Rohstoffe für innovative Fahrzeugtechnologien −
Seite 9 Herausforderungen und Lösungsansätze. Hg. v. e-mobil BW GmbH Landesagentur für neue Mobilitätslösungen und Automotive Baden-
Württemberg. StuttgartAgenda
Zur Effizienz der Antriebe
Stand und Ausblick auf Pkw
Zur Ökologie
Zur Ökonomie
Stand und Ausblick auf Lkw
Schlussfolgerungen
© Fraunhofer
Seite 10E i n z e l w i r t s c h a f t l i c h : I n 2 0 2 0 i s t d e r B E V a u f g r u n d s t a r ke r
Fö r d e r u n g a m a t t r a k t i v s t e n
Vergleich mit allen Steuern, Abgaben und Förderungen für Kompakt-PKW
€100,000
€80,000
€60,000 55,800 € Bonus Wallbox
Anschaffung Wallbox
39,500 € 40,200 € 38,900 € Steuern & Versicherungskosten
37,300 €
€40,000 34,200 €
Wartungs- & Reparaturkosten
Energiekosten
€20,000 Wiederverkauf
Bonus Fahrzeug
Anschaffung Fahrzeug
€- Gesamt
€(20,000)
€(40,000)
Quelle: dena, Fraunhofer ISI et al. (2021): Pkw-Antriebe für die Zukunft: Ökonomische, ökologische und technische Effizienz im Vergleich
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Seite 11Einzelwirtschaftlich und gesamtwirtschaftlich: Ab/um 2030
i s t B E V w i r t s c h a f t l i c h o h n e Fö r d e r u n g ko n ku r r e n z f ä h i g
Vergleich ohne Steuern, Abgaben und Förderungen für Kompakt-PKW
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Quelle: dena, Fraunhofer ISI et al. (2021): Pkw-Antriebe für die Zukunft: Ökonomische, ökologische und technische Effizienz im Vergleich
Seite 12Unter verschiedenen Szenarien: Elektrofahrzeuge
dominieren,
ergänzt um PHEV/FCEV
Ergebnisse
Elektrofahrzeuge stellen 2050 88 % (TN-Strom), 52 %
(TN-PtG/PtL) oder 62 % (TN-H2-G) des Pkw-Bestandes.
Diesel- und Benzinfahrzeuge werden in den Szenarien TN-
Strom und TN-H2-G 2050 nicht neu zugelassen, es
verbleiben jedoch kleine Restbestände.
Brennstoffzellenfahrzeuge kommen längerfristig für Lang-
streckenfahrer in Frage, konkurrieren jedoch mit Plug-in
Hybriden. Ihr Marktanteil ist aufgrund von
Produktionskapazitäten unsicher.
Der Endenergiebedarf geht um bis zu 70 % zurück.
Einordung
Hoher Anteil batterieelektrischer Pkw auch unter
verschiedenen Annahmen.
Szenarien:Treibhausgasneutralität (TN) mit Fokus auf Strom, oder grünem
Wasserstoff, oder Power-to-Gas/Power-to-Liquid
Quelle: Fraunhofer ISI et al. (2021): Langfristszenarien für die Transformation des Energiesystems in Deutschland -Treibhausgasneutrale Szenarien
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Seite 13Agenda
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Seite 14D e r s c h w e r e S t r a ß e n g ü t e r v e r ke h r r ü c k t i n d a s Z e n t r u m
d e r D e k a r b o n i s i e r u n g d e s Ve r ke h r s
Lösungen für schwere Lkw:
GK1 (Leichte und mittlere Nutzfahrzeuge: Elektrofahrzeuge dominieren
Einordung
Hoher Anteil batterieelektrischer Lkw auch unter verschiedenen
Annahmen.
Die Rolle von Wasserstofffahrzeugen hängt davon ab, ob Fahrzeuge
auch bei kleinen Stückzahlen verfügbar sind.
Ergebnisse
Langfristig nahezu vollständige Elektrifizierung in allen Szenarien,
da hohe aber gleichmäßige Fahrleistung Amortisation der im
Vergleich zum Diesel teureren batterieelektrischen Fahrzeuge
begünstigt.
Wasserstofffahrzeuge werden im Einzelfall bei hohen
Reichweitenanforderungen genutzt.
Quelle: Fraunhofer ISI et al. (2021): Langfristszenarien für die Transformation des Energiesystems in Deutschland -Treibhausgasneutrale Szenarien
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Seite 16S c h w e r e N u t z f a h r z e u g e : Ve r f ü g b a r e I n f r a s t r u k t u r i s t e n t s c h e i d e n d e r
Faktor für Antriebswahl in den Szenarien
Ergebnisse
Bei schweren Nutzfahrzeugen dominieren operative Kosten: Wenn
technisch möglich, ist Strom langfristig die günstigste Alternative.
Der Langstreckenverkehr ist abhängig von der verfügbaren Infrastruktur,
z.B. der Oberleitung im Szenario TN-Strom.
Wasserstoff kann, falls Fahrzeuge in großer Stückzahl günstig angeboten
werden, eine sinnvolle Alternative für die Langstrecke sein.
Einordung
Für das Szenario TN-H2-G wurden massive Preisreduktionen auf
Fahrzeugseite unterstellt.
Oberleitungs-Lkw stehen im Szenario TN-Strom stellvertretend für
elektrische Lkw mit Lademöglichkeit. Nur bei Nichtverfügbarkeit dieser
Lösung (u.a. wegen Einführungshürden oder Akzeptanzproblemen)
kommen andere Antriebsarten ins Spiel.
Quelle: Fraunhofer ISI et al. (2021): Langfristszenarien für die Transformation des Energiesystems in Deutschland -Treibhausgasneutrale Szenarien
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Seite 17Agenda
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Seite 18Schlussfolgerungen
PKW
Aus heutiger Sicht werden aus ökonomischen und ökologischen Gründen batterieelektrische PKW in der Zukunft große Marktanteile
gewinnen
Ergänzt werden sie um Plug-in-Hybride und Brennstoffzellen-PKW
Es existiert noch eine Reihe an Herausforderungen bei den Themen der Nachhaltigkeit (ökologische, soziale) dabei, aber ein Show-
Stopper ist derzeit nicht erkennbar
Lkw
Auch hier werden elektrische Lösungen (Batterie, Oberleitungs-Lkw) eine wichtige Rolle spielen
Für andere Lösungen, insbesondere Wasserstoff-Lkw, ergeben sich ebenfalls relevante Potenziale
Generell ist hier die Zukunft im Vergleich zu PKW noch offener
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Seite 19Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!
Prof. Dr. Martin Wietschel
Leitung Geschäftsfeld Energiewirtschaft
Competence Center Energietechnologien und
Energiesysteme
Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung
ISI
Breslauer Straße 48 | 76139 Karlsruhe
Telefon +49 721 6809-254 | Fax +49 721 6809-272l
mailto:martin.wietschel@isi.fraunhofer.de
http://www.isi.fraunhofer.de
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