Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1. Einleitung
2. Elektromobilität
2.1 Eigenschaften des Elektroautos
2.2 Potentiale der Elektromobilität
2.3 Typen der Elektrofahrzeuge
3. Regierungs- und Industrievorhaben ab 2010
3.1 Ziele
3.2 Maßnahmen
4. Aktueller Stand der Entwicklung und Bewertung
4.1 Organisation:
4.2 Maßnahmen der Regierung
4.3 Maßnahmen der Industrie
4.4 Gemeinsame Maßnahmen (Regierung und Industrie)
5. Auswertung
6. Fazit
Literaturverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
BDEW Bundesverband der Energie-und Wasserwirtschaft e.V.
BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung
BMU Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit
BMVBS Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung
BMWi Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
E-Auto Elektroauto
EnWG Energiewirtschaftsgesetz
GGEMO Gemeinsame Geschäftsstelle Elektromobilität
KraftStG Kraftfahrzeugsteuergesetz
NEE Nationaler Entwicklungsplan Elektromobilität
NPE Nationale Plattform Elektromobilität
StVO Straßenverkehrsordnung
1. Einleitung
Die Einführung des Elektroantriebs fand schon im 19. Jahrhundert statt – in Konkurrenz zum Verbrennungsmotor. Es wurde bereits 1899 mit einem Elektroauto ein Geschwindigkeitsrekord mit über 100 km/h aufgestellt. Im Jahre 1912 erzielte ein Werk in den USA eine Jahresproduktion von 10.000 elektrisch betriebenen Fahrzeugen. Jedoch sprachen die im Vergleich zur Batterie vielfach höhere Energiedichte des Rohöls und die Einführung eines Elektrostarters zum Verbrennungsmotor gegen das Elektrofahrzeug. Dem Thema Elektromobilität wurde seitdem für fast ein ganzes Jahrhundert im Massenmarkt für Autos sehr wenig Aufmerksamkeit gewidmet.[1]
Die Bundesregierung Deutschlands hat im August 2009 mit der Vorstellung des Nationalen Entwicklungsplans Elektromobilität[2](NEE) und der darauf basierenden späteren Gründung der Nationalen Plattform Elektromobilität[3] (NPE, Mai 2010) beschlossen, die Entwicklung der Elektroautos zu fördern. Konkret hat sich die Bundesregierung das Ziel gesetzt, u.a. bis zum Jahr 2020 gemeinsam mit der Industrie insgesamt eine Million Elektrofahrzeuge auf deutsche Straßen zu bringen.[4]
Dieser Entscheidung lagen hauptsächlich zwei Argumente zugrunde: Zum einen hat die Bundesregierung – langfristig gesehen – die Absicht, unabhängiger vom teuren Rohöl aus dem Ausland zu werden. Zum anderen soll auf diese Weise durch CO2 Reduktion ein Beitrag zum Umweltschutz geleistet werden, unter der Bedingung, dass der Strombedarf für die Elektroautos aus regenerativen Quellen gedeckt wird.
Das Ziel dieser Forschungsarbeit ist es, die Vor- und Nachteile der Elektromobilität darzulegen, die Ziele und Maßnahmen der Bundesregierung und der Industrie vorzustellen, deren Fortschritt kritisch zu bewerten und diesbezüglich einen entsprechenden Ausblick auf das Jahr 2020 zu geben. Mit einem Fazit wird die Arbeit abgeschlossen.
2. Elektromobilität
Nachfolgend werden die Elektroautos im Detail dargelegt und ihre Entwicklungs-potentiale aufgezeigt.
Bevor die Maßnahmen und das Erreichen der gesetzten Ziele vorgestellt und kritisch betrachtet werden, sollte man zunächst klären, welche Art von Fahrzeugen zu den Elektroautos gezählt werden kann und welche nicht. Denn erst eine korrekte Eingrenzung der Fahrzeugarten erlaubt eine unverfälschte und realistische Bewertung der aktuellen Entwicklung der Elektromobilität in Deutschland.
Als Beispiele zur Veranschaulichung werden aktuelle Fahrzeuge aus der Kompaktklasse herangezogen Der VW Golf mit Verbrennungsmotor[5] und der Nissan Leaf mit vollelektrischem Antrieb[6].
2.1 Eigenschaften des Elektroautos
Ein Elektroauto wird vorangetrieben durch einen Elektromotor, der die Energie aus einer wiederaufladbaren Batterie[7] bezieht. Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb verfügen - verglichen mit dem Antrieb eines Verbrennungsmotors – über zahlreiche Vorteile, aber auch damit verbundene neue Probleme:
Der Akkumulator lässt sich an einer gewöhnlichen Steckdose (220 V) laden. Außerdem ist es möglich, den Aufladevorgang mithilfe einer Starkstrom-Ladesäule an Tankstellen oder speziellen Parkplätzen durchzuführen. Im letzteren Fall kann die Batterie innerhalb einer deutlich kürzeren Zeitspanne aufgeladen werden.[8]
An dieser Stelle wird der erste Nachteil deutlich: Die Ladedauer. Einen leeren Akku vollständig aufzuladen braucht nach aktuellem Stand bis zu zwölf Stunden Zeit. Ladesäulen mit einer höheren Spannung verkürzen die Dauer auf eine halbe Stunde, wenn ca. 80% aufgeladen werden sollen.[9]Konventionelle Fahrzeuge, die Flüssigtreibstoff tanken, brauchen hingegen nur wenige Minuten.
Außerdem ist die Reichweite mit einer vollgeladenen Batterie nach aktuellem Entwicklungsstand noch nicht auf demselben hohen Niveau, wie es bei den Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor der Fall ist. Während ein modernes Fahrzeug der Kompaktklasse mit einer Tankfüllung mindestens 800 km weit kommen kann[10], legt ein entsprechendes Elektrofahrzeug ohne Weiteres eine Distanz von höchstens 175 km zurück[11].
Ein besonders aktuelles Problem ist der Anschaffungspreis eines Elektroautos. Im Vergleich zum Preis eines Neuwagens mit Benzinmotor kann man ein Elektroauto zu einem ca. 70% höheren Betrag erwerben. Zurückzuführen ist der hohe Preis im Wesentlichen auf die hohen Kosten der Batterie- und Antriebsproduktion.[12]
Um in nächster Zukunft bei den Elektromobilen die Ladedauer zu verkürzen, die Batteriekapazität (und damit die Reichweite) zu erhöhen und auch die Anschaffungs- und Herstellungskosten zu senken, besteht ein weiterer Bedarf an Forschung und Entwicklung seitens der Wissenschaft und Industrie.
Eine wichtige Eigenschaft, die bei Autos mit Elektroantrieb den nächsten Ladevorgang hinauszögert, ist die Anwendung der Rekuperation. Wenn während einer Fahrt das Elektroauto bremst, dann funktioniert der Elektromotor als Stromgenerator und wandelt die kinetische Energie der Räder in elektrische um. Diese elektrische Energie wird wieder in der Batterie gespeichert und kann wieder verwendet werden.[13]
Ein weiterer Vorteil des elektrischen Antriebs ist das besonders leise Betriebsgeräusch des Elektromotors während der Fahrt. Bis zu einer Geschwindigkeit von 30 km/h ist das Fahrzeug fast nicht hörbar. Wird es schneller, so wird das Antriebsgeräusch zwar etwas lauter, jedoch wird dieser von Reifengeräuschen übertönt, was ebenso für die Verbrennungsfahrzeuge gilt.[14]
Im Unterschied zum CO2 und Feinstaub emittierenden Verbrennungsantrieb sind Fahrzeuge mit Elektroantrieb in direkter Hinsicht praktisch emissionsfrei und damit umweltfreundlich. Bei einer möglichen Begeisterung über ein Null-Emissions-Fahrzeug besteht jedoch für Branchenvertreter, Lobbyisten und Politiker der Anreiz, die Tatsache auszublenden, dass die Energieerzeugung für das Elektrofahrzeug mit CO2-Emissionen einhergehen kann[15]. Die Vermarktung einer umweltfreundlichen Elektromobilität muss also gemeinsam mit einer CO2-neutralen Stromgewinnung erfolgen. Die regenerativen Energiequellen, wie Sonne oder Wind, spielen hierbei eine entscheidende Rolle.
2.2 Potentiale der Elektromobilität
Die im letzten Kapitel ausgeführten Eigenschaften der Elektroautos, wie geringe Lautstärke bei niedriger Geschwindigkeit, Rekuperation, Auflademöglichkeiten an verschiedenen Orten oder Nullemissionen sind Vorteile, die im Stadtverkehr besonders gut zur Geltung kommen.
Deutschlands Straßenverkehrsordnung gibt meistens innerhalb einer Ortschaft eine Geschwindigkeit von max. 50 km/h vor. Doch besonders in Tempo-30- und in Fußgängerzonen mit erlaubter Schrittgeschwindigkeit für Kraftfahrzeuge steigt der Wohnkomfort, je mehr leise und emissionsfreie Elektroautos die Verbrennungsfahrzeuge ersetzen. Die Siedlungen werden geräuschärmer und sauberer. Die Gefahr eines Smogs kann gerade in Großstädten zumindest zum Teil durch Elektromobilität verringert werden.
Während einer Autofahrt durch die Stadt gibt es sehr viele Momente, in denen gebremst und beschleunigt werden muss, wie z.B. an Lichtsignalanlagen. Die häufigen Beschleunigungsvorgänge erfordern einen höheren Energieaufwand, als die Aufrechterhaltung einer konstanten Geschwindigkeit. Bremsvorgänge verursachen bei üblichen Verbrennungsfahrzeugen erhitzte Bremsscheiben, deren Hitze später an die umgebende Luft abgegeben wird. Die Technik der Rekuperation ermöglicht an dieser Stelle jedoch einen Ausgleich und nutzt die aufgefangene Bremsenergie für den nächsten Beschleunigungsvorgang.
Ein privat genutztes Fahrzeug wird innerhalb von 24 Stunden im Durchschnitt sehr wenig genutzt. Den Großteil eines Tages bleibt das Fahrzeug auf einem Parkplatz stehen.[16] Diese Zeit lässt sich für das Aufladen der Batterie nutzen, sofern es in der Nähe eine Steckdose gibt oder gar eine spezielle Ladestation mit Starkstrom. Es kann der Parkplatz zu Hause sein, am Arbeitsplatz oder an einem Supermarkt. Das zuvor angesprochene Problem der Ladedauer würde an Bedeutung verlieren, wenn innerhalb einer Stadt die flächendeckende Ladeinfrastruktur ausgebaut ist und es so stets eine Möglichkeit gibt, das E-Auto aufzuladen.
Ein weiterer Vorteil der ausgebauten Ladeinfrastruktur ist die mögliche Integration in ein Smart-Grid-System. Dieses System ist ein intelligentes Stromnetz, das in den nächsten Jahren nach und nach mit der von der Bundesregierung beschlossenen Energiewende eingeführt wird. Bedingt durch die Stromgewinnung aus regenerativen Energiequellen wie Wind oder Sonnenlicht wird der Strom in sehr unregelmäßigen Zeitabschnitten in das Energienetz eingespeist. Es ist zu erwarten, dass nicht immer der aktuell zur Verfügung stehende Strom tatsächlich auch gebraucht wird.
Es bietet sich stattdessen an, diese Strommenge zwischenzuspeichern. Als Speicher dafür könnten unter anderem die Akkus der E-Fahrzeuge dienen. Solange diese an den Ladesäulen und damit am Stromnetz angeschlossen sind und voraussichtlich in den nächsten Stunden zur Weiterfahrt nicht gebraucht werden, lässt sich die aktuell vorhandene, aber nicht gebrauchte Energie in den Batterien speichern und bei Bedarf später in das Netz wieder einspeisen[17].
Unabhängig von der Pufferfunktion der Energieversorgung lässt sich der Zeitpunkt der Aufladung festlegen, an dem der Strom am günstigsten ist.[18]
Nicht nur als Privatfahrzeuge sind E-Autos geeignet, auch gewerblich können die Potentiale der Elektromobilität genutzt werden. So könnten Taxi-Unternehmen oder Car-Sharing-Anbieter ebenfalls Elektrofahrzeuge nutzen. Ab einer bestimmten Flottengröße im Verhältnis zur Nachfrage wird es Fahrzeuge geben, die eine bestimmte Zeit lang nicht gebraucht werden. Somit wäre die Möglichkeit einer Akkuaufladung stets gegeben.
2.3 Typen der Elektrofahrzeuge
Elektromobilität impliziert nicht nur den alleinigen elektrischen Antrieb mit dem Akkumulator als Energiespeicher. Es gibt mehrere Fahrzeugtypen, die u.a. unterschiedliche Kombinationen aus Akkus und Treibstofftanks und Elektro- und Verbrennungsmotoren beinhalten. Vom Förderprogramm (siehe nächstes Kapitel) der Bundesregierung werden folgende Fahrzeugarten berücksichtigt:
Ein Elektroauto im klassischen Sinne wird angetrieben vom Elektromotor und bezieht seine Energie aus einem Akkumulator. Der Akku wird geladen, indem er an eine Steckdose oder an eine Ladesäule mit Starkstrom angeschlossen wird. Zusätzlich trägt die Rekuperation zu einer größeren Reichweite bei. Das bereits angesprochene Modell Nissan Leaf ist dafür ein passendes Beispiel.
Ein Elektrofahrzeug mit Reichweitenverlängerer (Range Extender) wird ebenfalls elektrisch angetrieben und aus einer Batterie, sowie durch Rekuperation mit Energie versorgt. Zusätzlich werden in das Fahrzeug ein kleiner Verbrennungsmotor und ein Kraftstofftank mit eingebaut. Der Verbrennungsmotor hat lediglich die Funktion, bei Bedarf die Batterie – auch während der Fahrt – wieder aufzuladen, um so die Reichweite zu verlängern. Dieser dient nicht dem direkten Antrieb. Auf dem Markt ist bereits ein solcher Modelltyp, beispielsweise der Opel Ampera.[19]
Bei einem Plug-In-Hybrid-Fahrzeug können sowohl ein Verbrennungs-, als auch ein Elektromotor für die Fortbewegung sorgen. Ferner ist ein gleichzeitiger Antrieb ebenso möglich mit der Folge einer höheren Fahrleistung, wie zum Beispiel bei der Beschleunigung. Der Akku lässt sich an einer Steckdose aufladen, genauso wie durch die Rückgewinnung der Bremskraft (Rekuperation). Die Toyota Motor Corporation bietet auf dem Markt das entsprechende Modell: Prius PHV.[20]
Vom Förderprogramm der Bundesregierung unberücksichtigt bleiben Automobile mit anderen Energiespeicherarten, sowie Fahrzeuge ohne Lademöglichkeit an der Steckdose. Hierzu gehören Hybridfahrzeuge (nicht Plug-In), Brennstoffzellen- und Erdgasfahrzeuge.[21]
Außerdem sind im Entwicklungsplan Zweiräder mit elektrischem Antrieb mit einbezogen, die der Kategorie der Elektrofahrzeuge zugerechnet wurden. In dieser Arbeit bleiben Elektro-Zweiräder aus verschiedenen Gründen unberücksichtigt.
Zum einen grenzen sich die Bedarfsmärkte deutlich voneinander ab. Motorisierte Fahrzeuge werden nachgefragt als sichere und bequeme Mobilitäts- und Transportmittel für längere Strecken, die innerhalb einer kurzen Zeit zurückzulegen sein sollen. Der Markt für Elektrische Zweiräder hingegen beschränkt sich im Wesentlichen auf die Mobilität einer einzigen Person und den möglichen Transport von deutlich kleineren und leichteren Gütern, als es größere und leistungsfähigere Fahrzeuge ermöglichen.
Zum anderen hat die Einführung der elektrischen Zweiräder bereits sehr erfolgreich stattgefunden und bedarf keiner weiteren staatlichen Förderung.[22]
3. Regierungs- und Industrievorhaben ab 2010
Mit der Etablierung der Nationalen Plattform Elektromobilität gaben die Regierungs- und Industrievertreter in einer gemeinsamen Erklärung folgende Ziele und Maßnahmen bis 2020 bekannt, die auf lange Sicht hin dazu beitragen sollen, hauptsächlich den Schadstoffausstoß deutlich zu verringern und die Unabhängigkeit vom Rohöl zu gewährleisten.
3.1 Ziele
Durch die Einführung eines elektrischen Antriebs auf Deutschlands Straßen soll erreicht werden, dass eine zeitgemäße und fortschrittliche Kultur der Mobilität eingeläutet wird, die sich im Alltag, sowie auch in der Stadt- und Raumplanung wiederspiegelt. Es soll bis zum Jahr 2020 eine Million elektrischer Fahrzeuge zugelassen werden, bis 2030 sollen es bereits 5 Millionen sein. Nicht zuletzt hat die Regierung die Vision von deutschen Städten im Jahr 2050, in denen es keine Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor mehr gibt. Weiterhin werden neben den privaten Elektroautos auch elektrische Antriebe für Nutzfahrzeuge und Zweiräder gefördert.[23]
Im Bereich der Energie- und Klimapolitik sollen die Klimaschutzziele der Bundesregierung u.a. mithilfe der Elektromobilität erreicht werden. Der zusätzliche Strombedarf der Elektroautos verpflichtet zu einer Stromerzeugung aus regenerativen Quellen. Falls Kapazitäten dafür nicht ausreichen, sollen diese ausgebaut werden. Außerdem entstehen durch die Verbindung der Stromnetze mit den Akkumulatoren der Fahrzeuge große Potentiale zur effizienteren und kostengünstigeren Energienutzung. Diese Potentiale sollen ausgeschöpft werden.[24]
Ein weiteres Ziel ist die Sicherung und Ausbau der bereits führenden Position der deutschen Automobilindustrie auf internationaler Ebene. „Deutschland soll zum Leitmarkt für Elektromobilität werden“[25]. Hierbei wird angestrebt, die öffentliche Beschaffung mit einzubeziehen, sowie auch die Förderung der Batterieproduktion innerhalb Deutschlands. Bedingt durch die neuen Eigenheiten der Elektromobilität im Vergleich zu den Verbrennungsfahrzeugen werden neue angepasste Geschäftsmodelle erwartet, die zum weiteren wirtschaftlichen Wachstum beitragen werden.[26]
Der Wettbewerbsfähigkeit dient ebenfalls die Innovationskraft eines Industrielandes. Hier wird eine enge Zusammenarbeit zwischen den Forschern aus Industrie und Wissenschaft angestrebt, ebenso die Förderung des akademischen Nachwuchses.[27]
Der Erfolg der Elektromobilität hängt zum großen Teil von der Akzeptanz in der Gesellschaft ab. Hierbei ist es wichtig, dass die Bevölkerung – oder zumindest die potentiellen Käufer – über die aktuelle Entwicklung der Technologie seitens der Regierung informiert sind. Zum letztendlichen Kauf sollen weitere ordnungspolitische Regelungen oder direkte Anreize führen.[28]
3.2 Maßnahmen
Sowohl die Bundesregierung als auch die Industrie versprachen, die genannten Ziele zu erreichen, indem sie versprachen, die folgenden Maßnahmen durchzuführen.
Folgende konkrete Maßnahmen gab die Bundesregierung bekannt:
- Die Bundesregierung erklärte sich bereit, die notwendigen ordnungspolitischen Rahmenbedingungen zu schaffen, damit eine flächendeckende Ladeinfrastruktur errichtet werden kann.[29]
- Im Bereich der öffentlichen Beschaffung versprach die Regierung, eine Initiative zu starten, ihren Fuhrpark in den nächsten Jahren möglichst auf Fahrzeuge mit elektrischen Antrieben umzustellen, sowie Gespräche mit Ländern, Kommunen und privaten Organisationen mit demselben Ziel zu führen. [30]
- Neben den Gesprächen über die öffentliche Beschaffung wurde weiterhin ein Dialog mit Bundesländern und damit dem Bundesrat zur Anpassung der relevanten Gesetze, wie z.B. die Straßenverkehrsordnung, geplant.[31]
- Bei den Bundeshaushaltsplänen sollte die Forschung und Entwicklung verschiedener Sektoren der Elektromobilität mit hoher Priorität bis 2013 berücksichtigt werden.[32]
- Nicht zuletzt sicherte die Regierung der Autoindustrie zu, während der Verhandlungen mit Vertretern der Europäischen Union bezüglich neuer langfristiger CO2-Grenzwerte sich für eine mehrfache Anrechnung der Elektroautos einzusetzen.[33]
[...]
[1] Vgl. Billisich/Fiala/Kronberger (1994), S. 35.
[2] Die Bundesregierung (2009)
[3] Die Bundesregierung (2010)
[4] Die Bundesregierung (2009), S. 2
[5] Vgl. Peters (2012)
[6] Vgl. Leichsenring (2012)
[7] Im engeren Sinne bezeichnet der Begriff „Batterie“ einen nicht aufladbaren Energiespeicher. Im allgemeinen Sprachgebrauch wird „Batterie“ auch synonym mit „Akkumulator“ (wiederaufladbar) verwendet, so auch in dieser Arbeit aus Vereinfachungsgründen.
[8] Vgl. Leichsenring (2012)
[9] Vgl. Leichsenring (2012)
[10] Vgl. Peters (2012) und eigene Berechnungen.
[11] Vgl. Leichsenring (2012).
[12] Vgl. Leichsenring (2012).
[13] Vgl. Kampker, Valée, Schnettler (2013), S. 265
[14] Vgl. Saemann (2006), S. 1
[15] Vgl. Auf der Maur, Treiber, Lämmer (2012)
[16] Vgl. Kaiser, Meyer Schippl (2011), S. 23.
[17] Vgl. Kaiser, Meyer Schippl (2011), S. 19.
[18] Vgl. Kaiser, Meyer Schippl (2011), S. 19.
[19] Vgl. Kaiser, Meyer Schippl (2011), S. 18.
[20] Vgl. Kaiser, Meyer Schippl (2011), S. 16.
[21] Vgl. Bundesregierung (2009), S. 7.
[22] Vgl. Zweirad-Industrie-Verband (2012)
[23] Vgl. Die Bundesregierung (2009), S. 18.
[24] Vgl. Die Bundesregierung (2009), S. 17.
[25] Vgl. Die Bundesregierung (2009), S. 18.
[26] Vgl. Die Bundesregierung (2009), S. 18.
[27] Vgl. Die Bundesregierung (2009), S. 18.
[28] Vgl. Die Bundesregierung (2009), S. 19.
[29] Vgl. Die Bundesregierung (2010), S. 5.
[30] Vgl. Die Bundesregierung (2010), S. 5.
[31] Vgl. Die Bundesregierung (2010), S. 4.
[32] Vgl. Die Bundesregierung (2010), S. 5.
[33] Vgl. Die Bundesregierung (2010), S. 4.