Elektromobilität in Deutschland. Ist die Elektromobilität wirklich eine nachhaltige Lösung?

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einführung
1.1 Geschichte des Automobils
1.2 Problemstellung

2. Die Welt der E-Mobilität
2.1 Marktanteil & Bedeutung der E-Mobilität in Deutschland
2.2 Aufbau & Funktionsweise eines Elektromobils
2.3 Aufladung & Infrastruktur
2.3.1 Ladevorgang & Dauer
2.3.2 Verwaltung & Abrechnung der Ladepunkte
2.4 Konkurrenz durch alternative Antriebe

3. Vergleich der Nachhaltig.- und Wirtschaftlichkeit der E-Autos mit Verbrenner über das Produktlebenszyklus hinaus
3.1 Definition des Nachhaltigkeitsbegriffs
3.2 Abbau von Rohstoffen
3.3 Emissionen vor und während der Produktion
3.3.1 Kraftstoff- & Strombereitstellung
3.3.2 Herstellung eines PKW
3.4 Fahremissionen während der Nutzungsphase
3.4.1 Direkte Fahremissionen
3.4.2 Indirekte Emissionen
3.5 Reichweitenvergleich
3.6 Produktlebenszyklus
3.7 Recycling/Entsorgung
3.8 Wirtschaftlichkeit

4. Wichtige Stakeholder in Bezug auf Elektromobilität
4.1 Staatliche Förderung der Elektromobilität in Deutschland
4.2 Elektromobilität als Treiber des Arbeitsmarktes der Automobilindustrie
4.3 Strategische Handlungsempfehlungen

5. Fazit & Ausblick

Literaturverzeichnis

AnhangI

AnhangII

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Anzahl der Neuzulassungen von Elektroautos in Deutschland von 2003 bis 2009

Abbildung 2: Lithium-Karbonat wird im Salzsee in der Atacamawüste im Norden Chiles gefördert

Abbildung 3: Umfang des Well-to-Wheel Gesamtsystems

Abbildung 4: Zustandekommen einer Überschlagsrechnung für die CO2 -Emissionen eines Elektrofahrzeugs, geladen mit dem "Strommix". Well-to-Wheel-Betrachtung

Abbildung 5: Reichweitenvergleich - Alternative Antriebe - mittlere Reichweiten.

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Energiebedarf der verschiedenen Flüssigkraftstoffe, die bei der Herstellung von einem Liter beansprucht werden

Tabelle 2: Energiebilanz unter Berücksichtigung der Energievorketten von Flüssigkraftstoffen, bezogen auf die Bereitstellung von 1kWh „Brennstoff“

Tabelle 3: WtW Betrachtung verschiedener Antriebstechnologien

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einführung

1.1 Geschichte des Automobils

Bereits Ende des 19. Jahrhunderts begann die Entwicklung des Automobils. Damals wurde der Ottomotor (Verbrennungsmotor) erfunden, der anschließend bis zur Serienreife weiter entwickelt wurde.¹

Hinsichtlich der ursprünglichen, experimentellen Erfindung der noch nicht für Zwecke der Fortbewegung genutzten Technik wird meist ignoriert, welche Persönlichkeit dahinter steckt, insbesondere was die Patentanmeldung angeht. Der schweizerische Ingenieur François Isaac de Rivaz war derjenige, der für sein Konzept am 30. Januar 1807 das Patent mit der Nummer 731 erhielt,² dessen Inhalt die „Nutzbarmachung der explosionsartigen Verbrennung entzündlicher Gase als Triebkraft für Maschinen an Stelle von Wasserdampfes“ war.

Die Erfindung von Lenoir unterschied sich erheblich von der Erfindung von Rivaz. Der im Jahre 1822 geborene Franco-Belgier Jean Étienne Lenoir verwendete für seinen Motor Verbrennungsgase statt Wasserdampf. Diese Erfindung ließ er sich im Jahre 1860 patentieren. Lenoirs Motor war der Ursprung der Hubkolben-Verbrennungsmotoren wie wir sie heutzutage verwenden.³

Allerdings war schon damals die Elektromobilität kein ganz unbekanntes Mittel der Fortbewegung, denn auch an Elektrofahrzeugen wurde fleißig getüftelt. Werner Siemens präsentierte bereits 1882 den ersten elektrischen Kutschenwagen in Berlin. Ein weiteres Fahrzeug war der von dem damals 25-jährigen Ferdinand Porsche im Jahre 1900 auf der Weltausstellung in Paris zur Schau gestellte „Lohner-Porsche“. Mit einem 400 kg schweren Blei-Akku und zwei Radnabenmotoren über die Vorderräder erreichte der „Lohner-Porsche“ eine Geschwindigkeit von 50 km/h und hatte eine Reichweite von 50 km.⁴

Unter dem Einfluss des Imagewandels und aufgrund der geringen Reichweite des Elektroautos sowie des technischen Fortschritts beim Verbrennungsmotor setzte sich jedoch gerade auf den neu gebauten langen US-Autobahnen der Ottomotor durch.

Im letzten Jahrhundert wurde durch die Ölkrisen allerdings immer wieder seitens unterschiedlicher Staaten und Organisationen versucht die Elektromobilität als Alternative am Markt einzuführen. Trotz dessen blieb der Anteil an Elektrofahrzeugen sehr gering.⁵

1.2 Problemstellung

Trotz der beendeten Ölkrise steht das System der Mobilität vor einem großen Wandel, zum einen bedingt durch das rasant angestiegene Verkehrsaufkommen in den Städten und zum anderen durch die Debatten um die Umweltverschmutzung. Das Resultat ist eine gestiegene Ineffizienz und die damit verbundene Problematik. Es braucht eine Veränderung!⁶ Der Automobilbranche steht die größte Veränderung ihrer Historie bevor. Der Elektroantrieb soll den Verbrennungsmotor ersetzen. In einer Epoche, in der die Ölpreise aufgrund der wachsenden Knappheit an diesem Rohstoff weiter steigen und die Vorschriften für Abgase immer strenger werden, führt kein Weg daran vorbei, das die Autohersteller umdenken und eine Neuausrichtung in Angriff nehmen.

Ein Beitrag hierzu möchte die Bundesregierung leisten. Eines der Ziele der Bundesregierung ist es, bis 2022 eine Million zugelassene Elektrofahrzeuge zu erreichen,⁷ eine Veränderung in Form eines Megatrends, welcher alle Gesellschaftsbereiche beschäftigt wie die Urbanisierung, Individualisierung, Globalisierung und Mobilität.

Megatrends entfalten ihre volle Kraft erst im Laufe mehrerer Jahrzehnte. Sie haben das Potenzial den Alltag eines jeden Menschen zu beeinflussen und verfestigte Subsysteme zu verbessern.⁸

Die E-Mobility ist vielseitig. Sie verspricht Unabhängigkeit vom Öl, CO2-Reduzierung sowie Wachstumsperspektiven in der Autobranche. Auf der anderen Seite besteht die Herausforderung, dass andere alternative Antriebe am Markt sind und F&E der Elektroautos voranschreiten, aber Defizite in deren Vermarktung vorzufinden sind.⁹ Auch müssen neue Minen und Abbaumethoden der benötigten Rohstoffe gefunden werden, damit es zu keinen Engpässen kommt.¹⁰ Allerdings ist selbst der Abbau dieser Rohstoffe umweltschädigend und geschieht unter menschenverachtenden Umständen.¹¹ Weiter sagen Kritiker, dass die Batterieproduktion und der zu nutzende Strommix alles andere als „grün“ sind.¹²

„Elektromobilität in Deutschland “: In diesem Sinne wird es das Ziel der Arbeit sein, nach einer Forschung eine passende Antwort auf die Frage „ Ist E-Mobilität eine wirklich nachhaltige Lösung?“ zu finden.

1.3 Aufbau & Forschungsmethodik

Beginnend mit den Marktanteil und deren Bedeutung am deutschen Automarkt sowie deren technische Aspekte, ebenso wird auf die einzelnen alternativen Antriebsarten, die es zurzeit auf dem Markt gibt, eingegangen. Besondere Bedeutung kommt hierbei der Ladevorgang sowie der Dauer der Aufladung und der bisherigen Verwaltung und Abrechnung zu. Abgerundet wird das zweite Kapitel mit der Gegenüberstellung der alternative Antriebsarten.

Kernpunkt der Arbeit wird die Ausgangsfrage zu dem zu analysierenden Thema - der Nachhaltigkeitsaspekt als Ganzes vom Rohstoffabbau bis hin zu Recycling bzw. Entsorgung und deren Wirtschaftlichkeit in acht Unterkategorien des E-Mobil gegenüber dem konventionellen Verbrennungsmotor - sein. Die Ergebnisse werden anschließend im Hauptteil diskutiert.

Darstellungen, Analysen, Studien, Forschungsberichte und wichtige Statistiken werden aus Sekundärerhebungen gewonnen, die die aufgeworfenen Thesen untermauern oder widerlegen werden.

Außerdem werden Fakten und Zukunftspläne seitens der Politik bzgl. der Förderung der E-Mobility und die diesbezügliche Entwicklung am Arbeitsmarkt und einige wichtige Handlungsempfehlungen seitens Experten zu Grunde gelegt.

Zur Abrundung werden die gewonnenen Erkenntnisse in einem Fazit und Ausblick dargestellt, wobei schließlich die Ausgangsfrage beantwortet wird.

2. Die Welt der E-Mobilität

2.1 Marktanteil & Bedeutung der E-Mobilität in Deutschland

Die Anzahl der Neuzulassungen am deutschen Automarkt, was die rein elektrisch angetriebenen Fahrzeuge anbelangt, ist seit 2003 bis einschließlich 2018 stetig angestiegen. 2003 waren lediglich 28 E-Fahrzeuge zugelassen, Ende 2018 waren es bereits 36.062 und deren Anzahl im Jahr 2019 beträgt bis jetzt sogar schon 15.901.¹³ Nähere Daten können dem Abbildung 1 im Anhang I entnommen werden.

Selbst der Marktanteil in Deutschland im Vergleich von Q1-Q3.2017 und Q1.-Q3.2018 ist von 1,4 Prozent auf 1,9 Prozent gestiegen. Die genannten Angaben beziehen sich je zur Hälfte auf hybride und auf reine Elektrofahrzeuge.¹⁴ Als hybrid werden Fahrzeuge bezeichnet, die sowohl mit einem Verbrennungsmotor als auch einem Elektromotor ausgerüstet sind.¹⁵ Ein mäßiges Wachstum, wenn man bedenkt, dass der Profit beim Absatz der E-Fahrzeuge aufgrund der gegenwärtigen Verunsicherung hinsichtlich der Dieselfahrzeuge hätte höher ausfallen können.

Nicht nur deshalb gibt es gute Gründe dafür, die E-Mobility seitens des Staates zu fördern, denn in Deutschland trägt allein schon der Verkehrssektor mit einem Anteil von knapp 20 Prozent zum Ausstoß von Treibhausgasen bei, mit steigender Prognose, und die Emissionsziele für 2020 werden wohlmöglich verfehlt werden. Da kommt die E-Mobility gerade zum richtigen Zeitpunkt, um eine Dekarbonisierung des Verkehrssektors zu bewirken.¹⁶

Volkswagen AG hat die enorme Bedeutung der E-Mobility erkannt und wird in den nächsten fünf Jahren insgesamt 44 Milliarden Euro darin investieren. Diese Investitionen sollen in die E-Mobilität, in autonomes Fahren und in die Digitalisierung fließen. Laut den Angaben von VW will man bis 2028 mit 70 E-Auto-Modellen am Markt agieren und es sollen in den nächsten zehn Jahren insgesamt 22 Millionen E-Autos bei VW gebaut werden.¹⁷

E-Mobilität wird bei Daimler ähnlich großgeschrieben. Das Unternehmen bestellt Batteriezellen in sehr großen Mengen, denn bis einschließlich 2030 sollen bereits Aufträge im Wert von 22 Milliarden Euro vergeben worden sein und es sollen in den kommenden vier Jahren 130 E-Auto-Modelle auf den Markt gebracht werden. Es sollen darunter sowohl Hybrid-Modelle als auch zehn vollelektrische Modelle der sogenannten „EQ-Reihe“ zum Verkauf stehen. Untermauert wird das Ganze laut Dieter Zetsche dadurch, dass 15 bis 25 Prozent des Gesamtabsatzes bis 2025 auf E-Fahrzeuge zurückzuführen sein wird.

Auch BMW hat Batteriezellen in Höhe von vier Milliarden Euro, verteilt auf zehn Jahre, beim Hersteller CATL geordert¹⁸ und es deutet sich an, dass diese beiden Giganten, die bereits beim Carsharing und autonomen Fahren kooperieren, auch bei der Entwicklung und Produktion von E-Fahrzeugen zukünftig gemeinsame Sache machen werden. Bekannten Quellen zufolge sollen die beiden Hersteller zukünftig auf gemeinsamen Plattformen Modelle produzieren. Mit dieser Kooperation würden beide Hersteller sieben bis acht Milliarden Euro einsparen können.¹⁹

Bei all den unglaublich großen Investitionssummen in die Zukunft der E-Mobility darf der deutsche Sportwagenbauer Porsche nicht unerwähnt bleiben. Porsche wird Ende 2019 den ersten vollelektrischen Sportwagen namens „Taycan“ auf dem Markt einführen. Dieser soll laut Angaben des Herstellers 600 PS auf die Straße bringen und eine Reichweite von insgesamt 500 km haben, wobei mit einer Ladedauer von nur vier Minuten bereits eine Reichweite von 100 km möglich sein soll.²⁰ In den nächsten Jahren sind seitens Porsche Investitionen in Höhe von sechs Milliarden Euro in die Sparte Elektromobilität geplant. Hiervon sollen alleine 700 Millionen Euro in den Joint Venture Ionity fließen.²¹

2.2 Aufbau & Funktionsweise eines Elektromobils

Funktion und Aufbau eines Elektromobils sind ganz einfach. Im Vordergrund steht bei diesen Fahrzeugen die Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie. Stichpunkt Magnetismus: Dieser macht das Ganze möglich. Wie wir aus dem Privaten kennen, stoßen gleiche Pole sich gegenseitig ab und unterschiedliche Pole ziehen sich an. Ein Elektromotor besteht aus zwei Teilen: aus einem festen (Stator) und einem beweglichen Teil (Rotor). Normalerweise ziehen sich, wie oben erwähnt, gleiche Teilchen nicht an, aber aufgrund der elektrischen Aufladung werden diese gleichen Teilchen zueinander bewegt und stoßen sich wieder ab. Somit fängt der bewegliche Part (Läufer) an sich zu drehen. Dieser ist mit einer Achse verbunden, die sich permanent mit dreht.²² Hierdurch werden die Räder angetrieben oder mehrere Radnabenmotoren befinden sich separat an jedem Rad.²³

Ein E-Motor ist entweder auf einer Wechsel- oder einer Drehstrommaschine aufgebaut. Allerdings ist die gängigste Maschine, welche bei E-PKWs verbaut wird, die Drehstrommaschine. Als Beispiel hierfür kann man den i3 von BMW anführen Bei diesem ist ein Hybrid-Synchronmotor am Heck verbaut, welcher eine Leistung von 170 PS erzeugt. Der Synchronmotor ist eine Unterkategorie der Drehstrommotoren. Beim e-Golf dagegen erfüllt eine permanentmagneterregte Synchronmaschine ihre Aufgabe mit 115 PS. Auch der fremderregte Drehstrom-Synchronmotor kommt zum Einsatz, und zwar beim Renault Zoe, der 92 PS auf die Straße bringt.²⁴

2.3 Aufladung & Infrastruktur

2.3.1 Ladevorgang & Dauer

Der Joint Venture Ionity ist ein Gemeinschaftsunternehmen der BMW-Group, der Daimler AG, der Ford Motor Company und der VW AG und demzufolge sind auch Audi und Porsche mit an Bord. Mit diesem Gemeinschaftsunternehmen soll der Aufbau eines Schnellladenetzes für E-Fahrzeuge in Europa sicher gestellt werden. 2017 sind bereits 20 Schnellladestationen entlang der Autobahnen in Deutschland, Österreich und Norwegen errichtet worden, die jeweils in einem Abstand von 120 km liegen. Attraktive Standortvorteile sind anhand der Kooperation mit Tank & Rast, Circle K und OMV entstanden. Für das Jahr 2018 waren hundert Schnellladestationen geplant, die mehrere Ladesäulen zur Verfügung stellen sollen. Dadurch wird marken- und leistungsunabhängig der Zugang zum High-Power-Charging-Ladenetzwerk gewährleistet. Selbstverständlich ist hierbei auch an die Kompatibilität der meisten Elektromobile gedacht worden. Der Europäische Ladestandard, genannt auch Combined Charging System, kurz CCS, soll dies realisieren.²⁵

Für den Bau solcher Schnellladestationen hat sich das Schweizer Unternehmen Huber & Suhner einen Namen gemacht. Mit dem Radox ® HPC-System, welches schnelles Laden ermöglicht und lieferfähig ist, macht sich das Unternehmen bei der Volkswagen Tochterfirma Electrify America zum Systemlieferanten. Nicht nur in den USA, sondern auch hier in Europa soll es höchstwahrscheinlich auch von der eingangs erwähnten Ionity verbaut werden.

Bei solchen Schnellladestationen, bei denen in kürzester Zeit viel Strom fließt, darf die Sicherheit nicht außer Acht gelassen werden. Normalerweise ist hierfür ein sehr großer Kabelquerschnitt erforderlich, damit die Kabel nicht zu warm werden. Dies würde jedoch bedeuten, dass nur sehr kräftige Menschen diese bedienen könnten. Eine Lösung dieses Problems ist, ein Kühlmittel - ein umweltverträgliches und synthetisches Öl - zwischen den Kupferdrähten und der Isolierung zirkulieren lassen. Dies ist hoch isolierend und nicht leitend und gewährleistet Sicherheit und Leichtigkeit.²⁶

Daneben gibt es noch die Möglichkeit eine sogenannte Wallbox in der eigenen Garage oder vor der Haustür aufzustellen oder der Arbeitgeber lässt selbst mehrere auf dem Firmengrundstück aufstellen - eine smarte Art der Aufladung, welche gegenüber der bekannten Haushaltssteckdose viele entscheidende Vorteile bietet. Mit der Wallbox wird eine Überlastung der Haushaltssteckdose verhindert. Des Weiteren wird ein achtmal schnelleres Laden versprochen und individuelles Laden zu Zeiten, in denen der Strom am günstigsten ist, wird ermöglicht. Ferner wird anhand des Steuerns per App auf Wunsch der Zugriff für fremde Nutzer freigegeben oder gesperrt.²⁷

Das klassische Aufladen mit einem Kabel hat sich bis zum jetzigen Zeitpunkt gegenüber der induktiven Lademöglichkeit und der Batterieaustauschmöglichkeit durchsetzen können. Es spielen bei der erstgenannten Lademöglichkeit zwei Aspekte hinsichtlich der Wahl der Ladesäule eine große Rolle, zum einen der Preis und zum anderen die Ladegeschwindigkeit. Bei der teureren Alternative wird mit Gleichstrom geladen, wobei das Ladegerät in der Säule ist. Diese Art des Ladens mit Gleichstrom (DC) ist für öffentlich zugängliches Laden ideal, denn der Vorteil ist, dass die Batterie bereits schon nach kurzer Zeit zu 80 Prozent aufgeladen ist. Die günstigere Alternative des Ladens mit Wechselstrom (AC) funktioniert nur dann, wenn ein Ladegerät im Auto den Strom in Gleichstrom umwandelt. Der Vorteil dieser Möglichkeit liegt darin, dass Arbeitnehmer ihre Fahrzeuge während der Kernarbeitszeit oder Firmen ihre Flotten über Nacht aufladen können, sie ist somit optimal für Unternehmen geeignet. Auf der anderen Seite geschieht das Laden sehr langsam.²⁸ Temperatur, Ladezustand und Spannung werden vom Battery Management System (Ladeelektronik) überwacht.

Geladen wird meist sowohl zu Hause oder während der Arbeitszeit auf der Arbeit. Mithin wäre die Möglichkeit gegeben, dass 80 Prozent der Fahrzeugbesitzer an 80 Prozent der Tage im Jahr ihre Strecken mit einem E-Fahrzeug zurücklegen könnten. Das eingangs erwähnte Schnellladesystem ermöglicht hingegen das Laden in kürzeren Zeiten und zugleich höhere Reichweiten.

Auch hängen die Ladezeiten überwiegend von der Batteriekapazität ab. Der Mittelwert der Dauer eines Ladevorganges beträgt zwischen sechs und acht Stunden. Da der Mittelwert der täglich befahrenen Strecke bei ca. 40 km liegt, reicht meist ein Ladevorgang zwischen drei und vier Stunden. Allerdings ist das der Stand von 2012.²⁹

Zurück zu den anfangs erläuterten High-Power-Charging-Ladenetzwerken von Huber & Suhner, welche durch die Ionity erstmals an der Autobahn 61 im Frühjahr 2018 ans Netz geschlossen wurden. Diese Turbo-Ladestationen sind mit einer Leistung von 350 Kilowatt in der Lage ein E-Mobil binnen 15 - 20 Minuten soweit aufzuladen, dass danach die beachtliche Reichweite von 400 km zu realisieren ist. Heute gibt es an deutschen Autobahnen mehr als 300 Stationen bei Tank & Rast, die momentan eine Leistung zwischen 50 bis 150 kW abliefern. Ausgestattet sind diese Säulen mit drei verschiedenen Steckern, zwei für Gleichstrom und einen für Wechselstrom, einer davon ist der oben erwähnte CCS. Geplant ist, bei Tank & Rast an 80 Haltestellen solche Ladesäulen zu errichten, jeweils 120 km voneinander entfernt, um so den Elektroauto-Fahrern die Reichweitenangst zu nehmen.³⁰

Nach dem BDEW sind für rund eine Million zugelassene E-Autos 70.000 Standardladepunkte und 7.000 Schnell-Ladepunkte erforderlich.³¹

2.3.2 Verwaltung & Abrechnung der Ladepunkte

Die Verwaltung solcher Ladestationen soll anhand einer Connectivity zwischen der Ladestation und einem Backend-System durchgeführt werden. Hiermit soll die Überwachung und Planung von Servicemaßnahmen erfolgen. Zugleich soll eine Auswertung zur Verbesserung bestehender und zukünftiger Ladesäulen führen.

Ein einheitliches Abrechnungsinstrument gibt es momentan nicht. Daher kommt es vor, dass die Kosten nach dem Laden berechnet werden. Auf der anderen Seite gibt es aber auch Abrechnungssysteme, die vor dem Laden sauber die Kilowattstunde auflisten. Einen Haken gibt es jedoch dabei: Da jeder Anbieter und jeder Energieversorger selber abrechnet, ist es notwendig mehrere Karten, die mit einem integrierten Transponder versehen sind, mit sich zu führen, damit ein reibungsloses Aufladen der Fahrzeuge möglich ist. Daher ist hierfür seitens der Bundesregierung ein einheitlicher Zugang geplant.

Einfacher funktioniert die Anmeldung mit der Powerline-Communication (PLC). Verlinkt wird mithilfe eines Kabels zwischen Ladesäule und dem Fahrzeug. Über elektronische Zertifikate wird das Fahrzeug entsprechend zugeordnet.³²

2.4 Konkurrenz durch alternative Antriebe

Nach all den Diesel-Skandalen setzen die Hersteller immer mehr auf E-Mobility. Eine Alternative hierzu hätte der synthetische Biokraftstoff bieten können, um den Verbrennungsmotor zu retten. Hiermit hätte man endlich den die Umwelt und die Gesundheit schädigenden Gasen ein Ende setzen können. Dieser synthetische Biokraftstoff wird aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugt. Bei dessen Verbrennung wird die gleiche Menge an CO2 ausgestoßen wie sie zuvor von den Pflanzen oder der Umgebung abgegeben wurde - eine Klimabilanz, die sehr ausgeglichen scheint. Jedoch führte die Verwendung dieser Art Kraftstoff auch zu Nachteilen. Der Anbau der benötigten Rohstoffe geschah in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion, wodurch Entwicklungsländer hierdurch Probleme bekamen sich selbst zu versorgen.³³

Die dritte Generation des Biokraftstoffes hört sich vielversprechender an: Kohlenstoff aus der Luft. Unvorstellbar große Solar-Kraftstofffarmen in der arabischen Wüste, in der Unmengen an Wind und Sonne zu haben sind, sollen es richten. Für Autoflotten in Afrika wäre diese Erfindung eine sehr gelungene. Allerdings ist es für die Flotten in Europa effizienter sie direkt mit dem Strom zu versorgen. Auch müsste dieser Kraftstoff für den Transport erst in eine leicht brennbare flüssige Substanz umgewandelt werden, was sehr verlustreich wäre. Ebenso wäre der Bau einer Stromleitung vom Roten Meer bis an die Nordsee unvorstellbar.³⁴

Daneben gibt es noch das Brennstoffzellenfahrzeug, welches mit Wasserstoff H2 funktioniert. Dieser dient dazu, die chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Diese Energie wiederum wird entweder in einem Lithium-Ionen-Akku zwischengespeichert oder direkt dem E-Motor zur Verfügung gestellt. Neben den bekannten Bauteilen des E-Mobil, nämlich der Elektromotor und der Lithium-Ionen-Akku, werden bei den Brennstoffzellenfahrzeugen ebenfalls ein Wasserstofftank und eine Brennstoffzelle verbaut. Das noch bei E-Fahrzeugen bestehende Reichweitenproblem haben die Fahrzeuge, die mit Wasserstoff funktionieren, nicht, denn Reichweiten von 500 km sind möglich. Hinzu kommt, dass das Betanken der Fahrzeuge kaum länger dauert als wie bei dem Verbrenner. Diese Art der Fortbewegung hat allerdings auch seine Schattenseiten. Zum einen ist die Infrastruktur nicht so weit fortgeschritten wie für E-Mobility und zum anderen ist deren Umfang und Aufbau wesentlich aufwendiger. Ferner soll es erst im Jahre 2023 400 Wasserstoff-Tankstellen geben. Demgegenüber wurden die Ladesäulen für E-Autos bereits 2010 auf 800 aufgestockt³⁵ und Ende 2018 hatte alleine die Hansestadt Hamburg 834 Ladesäulen anzubieten.³⁶

Etwas fortgeschrittener sind Hybrid-Antriebe, die mit einem Verbrennungs- und einem Elektromotor aufgerüstet sind, welche gemeinsam oder separat in Anspruch genommen werden können.³⁷ Eine genauere Bezeichnung dieser Art Antrieb wäre Plugin-Hybrid -Antrieb. Eine Aufladung in der Steckdose wird dadurch ermöglicht.³⁸ Die Nutzung des Netzstroms wird als ein Vorteil gesehen. Allerdings nehmen bei solchen Fahrzeugen Gewicht sowie Kosten zu.³⁹ Eine etwas abgeschwächte Variante ist das sogenannte Full-Hybrid- Fahrzeug.⁴⁰ Die Vorteile wären ein begrenztes elektrisches Fahren und eine weitere Leistungsunterstützung, Nachteile dieses Antriebsmodells sind allerdings ebenfalls die hohe Komplexität, das höhere Gewicht und der doppelte Antriebsstrang.⁴¹

Eine weitere Lösung ist der Mild-Hybrid, der Rückgewinnung der Bremsenergie und Drehmomentunterstützung beim Beschleunigen anbietet.⁴² Mit dessen Einsatz könnte der CO2-Ausstoß um 15 Prozent reduziert werden und es könnte eine Spritersparnis realisiert werden. Als Beispiel hierfür ist der Honda Insight (Parallelhybrid) zu nennen.⁴³ Die kleinste Hybridart ist der Micro-Hybrid, welcher lediglich für das Start-Stopp-System beim Verbrenner und die lastabhängige Stromerzeugung verantwortlich ist.⁴⁴ Als ein nennenswertes Beispiel führt diesbezüglich der ADAC die getestete 116d Efficient Dynamics Edition an. Auf 100 km soll das kleinste Modell der Bayerischen Motorenwerke lediglich 4,3 l bei akzeptablen Fahrleistungen verbrauchen.⁴⁵ Es treten hierbei dieselben Vor- und Nachteile wie beim Verbrenner auf.⁴⁶ Allerdings wird eine Kraftstoffersparnis zwischen fünf und zehn Prozent zu realisieren sein.⁴⁷ Eines haben alle Systeme gemeinsam: Sie optimieren den konventionellen Verbrenner.⁴⁸

3. Vergleich der Nachhaltig.- und Wirtschaftlichkeit der E-Autos mit Verbrenner über das Produktlebenszyklus hinaus

3.1 Definition des Nachhaltigkeitsbegriffs

Es vergeht kaum ein Tag, an dem nichts über Nachhaltigkeit berichtet wird. Ein Begriff, welcher gerade seit einigen Jahrzehnten immer mehr in den Vordergrund tritt, aber sein Ursprung reicht weit bis ins 17. Jahrhundert zurück. Hans-Carl Carlowitz (1645-1714) bezog den Begriff damals allerdings lediglich auf die Forstwirtschaft. Es sollte nur so viel abgeholzt werden wie der Wald in absehbarer Zeit aus eigener Kraft wieder regenerieren konnte.

Seit vielen Jahren wird der Begriff ausgeweitet und findet nicht nur im Ökologischen Anwendung, sondern hat auch im Politischen und insbesondere im Wirtschaftlichen enorme Bedeutung.⁴⁹ Denn nachhaltige Entwicklung umfasst das Verantwortungsbewusstsein eines jeden Einzelnen im Umgang mit den Ressourcen der Erde, um zukünftige Generationen der Erde ein würdevolles Leben und einen ihren Bedürfnissen entsprechenden Lebensraum zu bieten. Genauer gesagt stehen die Bekämpfung der Armut und die Wahrnehmung der Grenzen des Wirtschaftens im Vordergrund.⁵⁰

Die Ausweitung des Begriffs kommt nicht von ungefähr.⁵¹ Denn laut dem „Brundland Report: Our Common Future“ aus dem Jahr 1987 wird Nachhaltigkeit als ein Fortschritt bezeichnet, „die den Bedürfnissen der heutigen Generation entspricht, ohne die Möglichkeit künftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenen Bedürfnisse zu befriedigen und ihren Lebensstil zu wählen“.⁵²

3.2 Abbau von Rohstoffen

Der Erfolg der E-Fahrzeuge beginnt beim Rohstoffabbau. Diese müssen selbstverständlich in ausreichenden Mengen verfügbar sein.⁵³ Bisherige entscheidende Rohstoffe sind Lithium, Kobalt, Nickel und Grafit.⁵⁴ Aber nicht nur diese Rohstoffe, sondern weitere, nicht umweltfreundliche Rohstoffe wie Zink, Nickel, Aluminium, Quecksilber und Cadmium werden von Schmid erwähnt, die für die Produktion von E-Autos von großer Bedeutung sind. Dies sind die entscheidenden Zutaten, die für die Elektrobatterien unumgänglich sind.⁵⁵

Die Emissionen bei der Materialgewinnung variieren je nach Studie stark. Sie betragen zwischen 35-50 Prozent, ein Wert, der, „von der Wiege bis zur Bahre“, nicht bedeutungslos ist. Deshalb beginnt die Prüfung der Nachhaltigkeit schon hier.⁵⁶

Die Revolution in der Autoindustrie scheint nicht an dem Anschaffungspreis oder der geringen Reichweite zu scheitern, sondern vielmehr an der Rohstoffknappheit.

Lithium, einer der wichtigsten Rohstoffe für die Herstellung von Elektrofahrzeugen, beanspruchen bereits jetzt schon mehr als die Hälfte der Lithium-Ionen-Akkus für sich, wobei deren Anteil am Fahrzeuggesamtmarkt lediglich ein Prozent beträgt. Aktuellen Erkenntnissen zufolge sollen im Jahr 2050 500.000 Tonnen Lithium benötigt werden. Goll, Professorin für Materialforschung an der Hochschule Aalen, erklärt, dass der Rohstoff Lithium mit einer Menge von 47 Millionen Tonnen ausreichend vorhanden sei. Es müssten jedoch bald neue Minen und Abbaumethoden errichtet werden, damit es in nächster Zeit zu keinen Engpässen kommt. Behrendt vom Berliner Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung gibt bekannt, dass unter anderem Lithium und Gallium lediglich einer relativen statt absoluten Verknappung unterliegen, mit anderen Worten, es sei zwar genug Vorrat an Lithium vorhanden, aber dessen Abbau könnte sich aus politischen oder geologischen Gründen als schwierig gestalten.⁵⁷

Gerade aus geologisch nachhaltiger Perspektive könnte der Abbau des Lithiums, wovon es die größten Vorräte gibt, zum Problem werden. Zu verweisen sei hier auf den Abbau in der Atacama-Wüste in dem lateinamerikanischen Staat Chile: Fruchtbarer Sand wird zu nutzlosem Sand!

Zurzeit werden dort jedes Jahr 21 Mio. Tonnen Lithium gefördert, und zwar auf eine Weise, die das Grundwasservorkommen enorm belastet. Künstlich angelegte Becken werden mit dem mineralhaltigen Grundwasser aufgefüllt, welches anschließend zum Verdunsten gebracht wird. Das dabei entstehende Lithium-Konzentrat wird im Nachhinein zu Lithium-Karbonat verarbeitet. Auf diese Weise gelangen 60 Prozent des global geförderten Lithiums auf den Weltmarkt. 2025 soll die Förderung dieses Metall sogar vervierfacht werden.

Biologen von der Universität Santiago und die in dem Gebiet ansässigen Menschen schlagen bereits jetzt schon Alarm. Durch den Abbau dieses für die Autoindustrie so wichtigen Rohstoffs kommt es zum Austrocknen der Flussläufe und Wiesen, zum Aussterben seltener Vogelarten, wie die Andenflamingos, die aufgrund des Aussterbens von kleinen Insekten und Tieren ebenfalls bald nicht mehr existieren werden. Ferner klagen die dort ansässigen Bauern, dass nichts mehr gedeiht, um es auf dem Markt verkaufen zu können. Somit nehmen die Umweltschäden zu und die Lebensbedingungen der dort Ansässigen verschlechtern sich.⁵⁸ Die Abbildung 2 im Anhang I zeigt den Lithiumabbau.

Von der Kehrseite der Energiewende berichtet auch Götze. Die Rede ist ebenfalls vom Dreiländereck Bolivien, Chile und Argentinien. Indigene Völker, auch Kollas genannt, berichten von denselben Vorfällen in Argentinien. Jahrtausende altes Kulturgut wird hier zerstört. Die Lamas werden vertrieben und die Wasserstellen zerstört.

Sticco, Hydrologe an der Universität Buenos Aires, der in seiner freien Zeit der indigenen Bevölkerung hilft, berichtet von den Auswirkungen von Natriumhydroxid. Diese Substanz, so vermutet er, wird zum Abbau von Lithium genutzt. Freigelagert würde es sich über das Gebietsdreieck frei verteilen und die Luft verschmutzen, auch die Kontaminierung des Süß- und Salzwassers bliebe nicht aus. Es bliebe jedoch nicht nur dabei, sondern auch die artengeschützten Vikunjas seien aufgrund von Barrieren gefährdet. Selbst minimale Sicherheitsmaßnahmen wurden seitens der Betreiber nicht unternommen.⁵⁹

Ein Artikel von Vollmer hingegen belegt mit Fakten aus einer Studie, dass der Grundwasserverbrauch mit Zahlen aus der Vergangenheit berechnet wurde. Ein irisches Forscherteam (Institute of Technology, Carlow/Irland) zeigt in einer Studie, welche vergangenen September im Fachblatt Resources erschienen ist, ihre Resultate auf. Zum einen wird auf die relativ kleinen Umwelteinflüsse im Vergleich zu den Umweltschäden beim Goldabbau in Südafrika oder zum Kobaltabbau im Kongo hingewiesen. Zum anderen wird das Hauptproblem, das Wasser, nicht unerwähnt gelassen. Aber die Berechnung hierfür soll aber nicht ganz korrekt sein, denn die Schätzung des Geologen Diaz würde sich eher auf die Daten des US-Journals Economic Global aus dem Jahre 2011 beziehen. Dort kommen die Wissenschaftler auf einen Wasserverbrauch von zwei Millionen Liter pro gewonnene Tonne Lithium. Nur an einer Stelle ist der Wasserverbrauch geringer, nämlich bei der Förderung des Lithiums in der Atacama-Wüste (Chile). Aufgrund des höheren Lithiumgehalts ergebe sich rechnerisch und in der Summe ein Wasserverbrauch von 0,4 Mio. Liter pro gewonnene Tonne.⁶⁰

Im Kontext Rohstoffabbau und dessen Förderung ist es spannend, was die deutschen Autohersteller dazu zu sagen haben. Hierzu wurde explizit um eine Stellungnahme von den bekannten drei Großen gebeten. BMW hat sich wie folgt geäußert: „Wir wählen unsere Lieferanten stets aufgrund strengster Kriterien in Bezug auf Nachhaltigkeit aus.“ Bedeckter hingegen hält sich der Volkswagen-Konzern mit der Aussage: „Bitte haben Sie Verständnis, dass wir uns zu unseren Lieferanten und Sublieferanten aus wettbewerbsrelevanten Gründen nicht äußern.“ ⁶¹

Solche Aussagen klingen so, als ob die Gesellschaft wahrscheinlich nie die ganze Wahrheit erfahren wird, nämlich ob der Bezug des Rohstoffs Lithium aus wirklich nachhaltigen Quellen stammt. Transparenz bei der Rohstofflieferung wäre ein Schritt zu einer besseren Umwelt, wenn man bedenkt, dass bei einem durchschnittlichen Lithiumanteil von 15 kg in einer Batterie im Best-Case ein Wasserverbrauch von 6.000 Litern und im Worst-Case von 30.000 Litern zu Buche schlägt.⁶²

Erfreulicher ist die Nachricht von Experten der Recyclingunternehmen, die Entwarnung geben. Zwar wird das Lithium heute in Europa nicht recycelt, aber es wird für 2030 eine Dämmung des Lithiumbedarfes aufgrund von Sekundärmaterialien in Höhe von 10 Prozent angenommen und 2050 sollen es bereits ca. 40 Prozent sein.⁶³

Eine weitere grüne Variante ist die Natrium-Ionen-Batterie. Natrium, von dem es größere Vorkommen gibt, weist ähnliche chemische Eigenschaften wie Lithium auf. Auf dessen genaue Funktionsweise wird noch im Einzelnen eingegangen. Auch die Entwicklung einer Magnesium-Ionen-Batterie mit denselben Eigenschaften wäre eine Alternative. Hinzu kommt, dass einige Entwickler die Zink-Batterie aufladbar machen wollen. Diese aufgezählten Alternativen werden allerdings wohlmöglich nicht früher als in fünf bis zehn Jahren in der Industrie Bedeutung finden.⁶⁴

Bezüglich der zukünftigen Preisentwicklung des Lithiums kann man nur schätzen, da sich viele Expertenmeinungen diesbezüglich unterscheiden. Da haben wir zum einen die Autohersteller, die sich vor großen Preisunterschieden absichern, indem sie langjährige Lieferverträge mit den Minenbetreibern eingehen. Andere wiederum prognostizieren für die Jahre 2025 und 2030 sinkende Lithiumpreise.⁶⁵ Unterstützt wird diese Prognose durch die Publizierung eines Artikels mit dem Titel „Warum die Lithium-Kurse trotz Nachfrage fallen.“ Vielzählige Bergbauunternehmen überbieten sich gegenseitig, was die Aussagen zu den Fördermengen anbelangt. Demnach kann man mittelfristig mit sinkenden Preisen anhand des Überangebotes rechnen. Ein Unternehmensberater der Global Lithium betrachtet nach seinen Berechnungen einen Preis zwischen 12.000 und 14.000 Dollar pro Tonne als wirklichkeitsnah, unterstützt durch Parameter wie Kapitalkosten, Kapitalrendite, Umwandlungswirkungsgrade und langfristige Preisschätzungen.

Allerdings wird deutlich, dass durch Verzerrungen des angesetzten Preises aufgrund erhöhter Nachfrage Verzögerungen der Produktion, Finanzierungs- und Umweltprobleme und Technologieentwicklungen möglich sind. Dabei bleibt die zukünftige Entwicklung des Preisniveaus schwer berechenbar.⁶⁶

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¹ Vgl. Karle, A. (2018) S. 19.

² Vgl. Seiffert, R. (2009) S. 13.

³ Vgl. Seiffert, R. (2009) S. 14.

⁴ Vgl. Karle, A. (2018) S. 19.

⁵ Vgl. Klein, R. (2013) S. 228.

⁶ Vgl. https://www.zeit.de/mobilitaet/2017-11/zukunft-mobilitaet-entschleunigung-dekarbonisierung-vernetzung / (2017)

⁷ Vgl. https://www.wiwo.de/politik/deutschland/2022-statt-2020-regierung-verschiebt-e-auto-ziel-doch-das-neue-ist-aehnlich-optimistisch/23094638.html (2018)

⁸ Vgl. https://www.zeit.de/mobilitaet/2017-11/zukunft-mobilitaet-entschleunigung-dekarbonisierung-vernetzung/seite-2 (2017)

⁹ Vgl. Wiese, F. (2011) S. 2.

¹⁰ Vgl. https://www.spektrum.de/news/fehlen-die-rohstoffe-fuer-die-e-mobilitaet/1520359 (2017)

¹¹ Vgl. https://www.zdf.de/nachrichten/heute/scheinbar-saubere-elektromobilitaet-100.html (2018)

¹² Vgl. https://aiomag.de/icct-studie-e-autos-sind-wirklich-umweltfreundlicher-6232 (2019)

¹³ Vgl. https://de.statista.com/statistik/daten/studie/244000/umfrage/neuzulassungen-von-elektroautos-in-deutschland/ (2019)

¹⁴ Vgl. https://www.heise.de/newsticker/meldung/Elektroautos-Anteil-der-E-Autos-waechst-in-Deutschland-leicht-auf-1-9-Prozent-4199063.html (2018)

¹⁵ Vgl. https://www.toyota.de/hybrid/so-funktioniert-hybrid.json

¹⁶ Vgl. https://www.zeit.de/mobilitaet/2017-11/elektromobilitaet-klima-auswirkungen-pro-contra (2017)

¹⁷ Vgl. https://www.n-tv.de/wirtschaft/Volkswagen-ruft-neue-E-Offensive-aus-article20901224.html (2019)

¹⁸ Vgl. https://www.n-tv.de/wirtschaft/Daimler-sichert-sich-Batteriezellen-article20766740.html (2018)

¹⁹ Vgl. https://www.sueddeutsche.de/wirtschaft/bmw-daimler-zusammenarbeit-kooperation-1.4367586 (2019)

²⁰ Vgl. https://www.auto-motor-und-sport.de/elektroauto/porsche-taycan-2020-marktstart-preis-mission-e-elektro-sportwagen/ (2019)

²¹ Vgl. https://www.emobilserver.de/nachrichten/elektro-fahrzeuge/elektro-autos/1248-porsche-„klares-bekenntnis-zur-elektromobilität“.html (2018)

²² Vgl. http://www.pauli-gmbh.de/elektromotoren-know-how/elektromotor-funktion-aufbau-typen-einsatz/ (2017)

²³ Vgl. https://www.elektromobilitaet.nrw/infos/e-auto/ (o. A.)

²⁴ Vgl. http://www.pauli-gmbh.de/elektromotoren-know-how/elektromotor-funktion-aufbau-typen-einsatz/ (2017)

²⁵ Vgl. https://www.daimler.com/innovation/case/electric/ionity.html (2017)

²⁶ Vgl. https://www.electrive.net/2018/08/22/wie-hubersuhner-vom-superschnellen-laden-profitiert/ (2018)

²⁷ Vgl. https://wallbox.com/de/ladestation-zuhause/ (2018)

²⁸ Vgl. https://emobilitaet.business/wissensbereich/ladeinfrastruktur/696-ladestationen-ueberblick (2017)

²⁹ Vgl. https://emobilitaet.online/emobilversity/ladeinfrastruktur/712-uebersicht-fuer-elektrofahrzeug-fahrer (2012)

³⁰ Vgl. https://www.n-tv.de/wirtschaft/Erste-Turbo-Ladestation-geht-ans-Netz-article20505080.html (2018)

³¹ Vgl. https://www.n-tv.de/wirtschaft/Immer-mehr-Ladestation-fuer-E-Autos-article20790767.html (2018)

³² Vgl. https://emobilitaet.business/wissensbereich/ladeinfrastruktur/696-ladestationen-ueberblick (2017)

³³ Vgl. https://www.n-tv.de/auto/Synthetischer-Biokraftstoff-aus-der-Luft-article20395269.html (2018)

³⁴ Vgl. https://www.n-tv.de/auto/Synthetischer-Biokraftstoff-aus-der-Luft-article20395269.html (2018)

³⁵ Vgl. Karle, A. (2018) S. 40.

³⁶ Vgl. https://www.ndr.de/nachrichten/hamburg/Ladestationen-fuer-Elektroautos-Hamburg-vorn,ladestationen100.html (2019)

³⁷ Vgl. https://www.bmvi.de/DE/Themen/Mobilitaet/Elektromobilitaet/Elektromobilitaet-kompakt/elektromobilitaet-kompakt.html (2018)

³⁸ Vgl. Klein, R. (2013) S. 229.

³⁹ Vgl. Schill, W.-P. (2010) S. 142.

⁴⁰ Vgl. Klein, R. (2013) S. 229.

⁴¹ Vgl. Schill, W.-P. (2010) S. 142.

⁴² Vgl. Klein, R. (2013) S. 229.

⁴³ Vgl. Karle, A. (2018) S. 33.

⁴⁴ Vgl. Klein, R. (2013) S. 229.

⁴⁵ Vgl. https://www.adac.de/infotestrat/tests/auto-test/detail.aspx?IDTest=4836 (2012)

⁴⁶ Vgl. Schill, W.-P. (2010) S. 142.

⁴⁷ Vgl. Karle, A. (2018) S. 33.

⁴⁸ Vgl. Klein, R. (2013) S. 229.

⁴⁹ Vgl. https://www.nachhaltigkeit.info/artikel/definitionen_1382.htm (2015)

⁵⁰ Vgl. https://www.bund.net/ueber-uns/nachhaltigkeit/ (o. A.)

⁵¹ Vgl. https://www.nachhaltigkeit.info/artikel/definitionen_1382.htm (2015)

⁵² https://www.nachhaltigkeit.info/artikel/brundtland_report_563.htm (2015)

⁵³ Vgl. https://www.spektrum.de/news/fehlen-die-rohstoffe-fuer-die-e-mobilitaet/1520359 (2017)

⁵⁴ Vgl. http://www.taz.de/!5451409/ (2017)

⁵⁵ Vgl. https://edison.handelsblatt.com/erklaeren/akkus-gruene-alternativen-fuer-lithium-und-kobalt/21214178.html?ticket=ST-5006193-ri5Z5B6hGJgwuZgW3pIB-ap2 (2018)

⁵⁶ Vgl. https://edison.handelsblatt.com/erklaeren/diese-emissionen-haben-batterien-von-elektroautos/22654274.html (2018)

⁵⁷ Vgl. https://www.spektrum.de/news/fehlen-die-rohstoffe-fuer-die-e-mobilitaet/1520359 (2017)

⁵⁸ Vgl. https://www.zdf.de/nachrichten/heute/scheinbar-saubere-elektromobilitaet-100.html (2018)

⁵⁹ Vgl. https://www.deutschlandfunk.de/lithium-abbau-in-suedamerika-kehrseite-der-energiewende.724.de.html?dram:article_id=447604 (2019)

⁶⁰ Vgl. https://edison.handelsblatt.com/erklaeren/lithium-aus-lateinamerika-umweltfreundlicher-als-gedacht/24022826.html (2019)

⁶¹ https://www.zdf.de/nachrichten/heute/scheinbar-saubere-elektromobilitaet-100.html (2018)

⁶² Vgl. https://edison.handelsblatt.com/erklaeren/lithium-aus-lateinamerika-umweltfreundlicher-als-gedacht/24022826.html (2019)

⁶³ Vgl. Meyer, K./Bucher, M./Degreif, S. et al. (2017) S. 27.

⁶⁴ Vgl. https://www.sciencemediacenter.de/alle-angebote/fact-sheet/details/news/lithium-ionen-batterien-wie-ressourcenabhaengig-ist-elektromobilitaet/ (2017)

⁶⁵ Vgl. https://www.n-tv.de/auto/Die-dunkle-Seite-der-Elektromobilitaet-article21001101.html (2019)

⁶⁶ Vgl. https://www.miningscout.de/blog/2018/08/28/warum-die-lithium-kurse-trotz-nachfrage-fallen/ (2018)