Nach weit mehr als 100 Jahren Entwicklungsgeschichte des Verbrennungsmotors im Straßenverkehr deutet sich mit der Elektromobilität eine technologische Zeitenwende im Verkehrsbereich an“, so steht es in der Einleitung der Kabinettsvorlage. Schon bis zum Jahr 2020 sollen eine Million Elektroautos auf Deutschlands Straßen unterwegs sein und bis 2050 soll der Verkehr in Städten überwiegend ohne fossile Brennstoffe auskommen. Das große Ziel ist die weitestgehend Kohlendioxidfreie-freie Mobilität. Ob sich die ehrgeizigen Vorgaben erreichen lassen, hängt nicht nur alleine vom Elektroauto ab. Andere Faktoren spielen ebenfalls eine entscheidende Rolle (siehe: Aktuelle Studien).

Fakt ist aber schon heute, dass sich der Bereich Elektromobilität zu einem gigantischen Markt entwickeln wird. Weltweit sind mittlerweile Milliardensummen für die Entwicklung und den Ausbau von Produktionskapazitäten für Hochleistungsbatterien investiert worden. Auch einzelne Staaten stellen Fördergelder bereit, beispielsweise China 10 Mrd. und USA 2,4 Mrd. Heute sind 43 Prozent der weltweiten Batterieproduktion für Hybrid- und Elektroautos in Japan angesiedelt, 37 Prozent in China, 17 Prozent in Südkorea und drei Prozent im Rest der Welt, darunter Europa. Deutschland hat für das Thema „Elektromobilität in der Zukunft“ insgesamt 150 Mio. Euro investiert. Im Vergleich dazu wurden 5 Mrd. Euro für die Abwrackprämie und damit die Förderung herkömmlicher Antriebstechnik ausgegeben. 2015 sollen weltweit neue Produktionskapazitäten für mehr als 2,5 Millionen Batteriesets aufgebaut sein. Deutschland wird sich daran mit rund 50000 Sets beteiligen. Das sind weniger als zwei Prozent. Und die werden fast ausschließlich vom Essener Evonik-Konzern kommen.

Batterieentwicklung ist der Schlüssel

Laut einer Studie soll allein der Markt der Hochleistungsbatterien bis 2025 auf ein Volumen von über 130 Mrd. Euro steigen, obwohl bis dahin der Batteriepreis um zwei Drittel auf im Schnitt 3500 Euro sinken werde. Die Batterieentwicklung ist auch der Dreh- und Angelpunkt für den Erfolg der Elektromobilität. Bei den Akkumulatoren müssen die Reichweiten und damit die Energiedichten massiv gesteigert werden, was Wissenschaftler auf Basis heutiger Lithium-Ionen-Batterien kaum für möglich halten. Quantensprünge werden erst mit einer neuen Technologie möglich sein, sagen Experten. Die kann laut Fraunhofer-Gesellschaft in fünf bis zehn Jahren industriell serienreif sein.

Bei der Batterietechnik sieht Dr. Claus Dallner, Segment Management Automotive, Engineering Plastics Europe, BASF, Ludwigshafen, das größte Potenzial für maßgeschneiderte Kunststoffe: „Besondere Anforderungen entstehen dadurch, dass das Batteriesystem ins Gesamtfahrzeug eingebunden werden und hoher Crashbelastung standhalten muss. Kunststoffe vereinen große Gestaltungsfreiheit mit exzellentem Energieaufnahmevermögen und bieten sich daher als Materialien der Wahl an.“
Dr. Joachim Simon, Vice President Automotive and Transportation Europa von Bayer Materialscience, Leverkusen, beschreibt die Anforderungen an die Kunststoffe so: „Die Batterieintegration fordert breite Eigenschaftsprofile für Kunststoffe mit sehr anspruchsvollen Anforderungen wie gleichzeitige Tieftemperaturstabilität bis -30°C und Hochtemperaturstabilität bis 150°C sowie gleichzeitige sicherheitsbedingte Flammschutzeigenschaften. Für die Batteriesysteme sind umfassende Sicherheitsbetrachtungen, wie Crashperformance, Flammschutzeigenschaften und mechanische Stabilität, unerlässlich, da die Automobilindustrie im Hinblick auf Sicherheitsbetrachtungen nicht nur heute bereits einen hohen Stand erreicht hat, den es zu halten gilt, sondern auch entsprechend hohe Erwartungen bei der Einführung grundlegend neuer Technologien beim Kunden erfüllen muss.“

Innovativer Leichtbau weiterer Schwerpunkt

„Neben der Entwicklung von noch leistungsfähigeren Batteriesystemen liegt ein weiterer Arbeitsschwerpunkt beim innovativen Leichtbau“, sagt Dallner. „Hochfeste Kunststoffe, auch in Verbundbauweise, werden dauerhaft zur Gewichts- und damit Energieeinsparung beitragen. Vor allem in den nächsten Jahren, bei noch geringen Stückzahlen, werden sich Kunststoffbauteile durch ihre erhöhte Funktionsintegration und die dadurch reduzierten Systemkosten positiv auf die Entwicklung bei den Elektrofahrzeugen auswirken.“

Leif Ickert vom Institut für Kraftfahrzeuge der RWTH Aachen University aus dem Geschäftsbereich Karosserie/Body Department sieht den Kunststoffeinsatz im Zusammenhang mit Elektrofahrzeugen maßgeblich unter zwei Gesichtspunkten: „Leichtbau und Funktionsintegration: Beim Thema Leichtbau sind Faserverbundwerkstoff-Lösungen denkbar, die weitere Leichtbauziele erschließen sollen. BMW proklamiert diesen Weg zum Beispiel beim so genannten Mega City Vehicle. Insbesondere in Verbindung mit neuen Freiheitsgraden bei der Strukturgestaltung eines Fahrzeugs werden auch die Potenziale von Kunststoffen bei der Formgebung und Bauteilintegration diskutiert. Da es für die neue Generation der Elektrofahrzeuge noch keine Standardlösungen gibt, bietet sich hier gegebenenfalls die Chance, für die Kunststoffindustrie neue Impulse zu setzen, sicherlich auch mit Lösungen, die sich grundsätzlich auch für konventionelle Fahrzeuge eignen. Weitere Aspekte, die in Verbindung mit Kunststoffeinsatz aktuell diskutiert werden, sind die Themen reduzierte Temperaturanforderungen beispielsweise durch den Wegfall der Verbrennungsgase, Stückzahlpotenziale für gegebenenfalls zunächst in Kleinserien gefertigte E-Fahrzeuge und isolierende Eigenschaften von Kunststoffen in Verbindung mit spannungsführenden Bauteilen.“

Neue Lösungen für das Gesamtsystem

Für Joachim Simon können Kunststoffe wichtige Beiträge zu den sich verändernden Anforderungen an Materialien bei Elektromobilen liefern: „Leichtbaukonzepte als Hybride, Composites mit Carbonfasern aber auch Nanotubes in Kunststoffmatrices wie Epoxide, Polyurethane, Polyamide oder Polycarbonate bieten grundlegend neue Lösungen für das Gesamtsystem von Rahmen und Karosserie. Elektroautos werden sich in Zukunft durch neue Designkonzepte von heutigen Fahrzeugen unterscheiden, da die Verwendung von kleineren und hoch effizienten Elektromotoren wesentlich größere Gestaltungsspielräume zulassen werden als das heute der Fall ist. Diese sich neu entwickelnde Formensprache im Automobil wird durch die wesentlich größeren Möglichkeiten in der Formgebung von Kunststoffbauteilen grundlegend unterstützt werden.“

Ein gutes Beispiel dafür ist das Hiriko Citycar. Der Elektro-Zweisitzer kann auf der Stelle drehen und sich beim Parken von 2,5 auf 1,5 Meter Länge zusammenfalten. Konzeptionelles Kernstück des Citycars ist seine variable Karosserie. Das rein elektrisch betriebene Mobil faltet sich bei Nichtbenutzung zusammen – die Fahrkabine klappt nach oben, die Hinter- und Vorderachse werden zusammengeschoben. Der benötigte Parkraum liegt dann mit 1,5 Meter Länge noch weit unter dem eines Smarts – ideale Voraussetzungen für verstopfte Innenstädte. Ab 2012 soll das Citycar in Serie gebaut und zunächst in fünf Metropolen getestet werden. Das Citycar zeigt die Gemeinsamkeit vieler Konzepte für Elektrofahrzeuge besonders deutlich: Die Anzahl von Komponenten, Modulen und Systemen wird erheblich reduziert. Die Fahrzeuge werden dadurch deutlich günstiger zu produzieren sein. Den Endpreis gleicht dann die teure Batterie und Elektronik wieder aus.

Wer sich weiter über die Chancen und Möglichkeiten der Kunststoffbranche im Bereich Elektromobilität informieren will, wird auf der K 2010 in Düsseldorf viele Ansprechpartner finden. So wird beispielsweise der Automobilexperte Professor Ferdinand Dudenhöffer von der Universität Duisburg-Essen am27. Oktober um 11.30 und 15.00 Uhrauf dem Messestand von Ticona überdas Thema „Future Mobility“ und künftige Entwicklungen im Automobilbau sprechen.

Netzwerk
Strategiekreis Elektromobilität

Der eNova Strategiekreis Elektromobilität ist eine Allianz relevanter Industrieunternehmen aus den Schlüsselbranchen: Automobil, Batterien, Halbleiterkomponenten und Materialien für den Leichtbau. Das Ziel ist die Gründung und Etablierung einer Plattform zur Unterstützung der deutschen Automobilindustrie auf dem Weg zur internationalen Führungsposition im Bereich der Elektromobilität. Die Mitglieder des Strategiekreises sind Audi, BASF, BMW, Bosch, Continental, Daimler, Elmos, Hella, Infineon, Li-Tec, Porsche, Thyssen Krupp, VW und ZF Friedrichshafen.
www.strategiekreis-elektromobilitaet.de

Aktuelle Studien
CO2-Bilanz Elektroauto

Das Institut für Energie- und Umweltforschung (IFEU) in Heidelberg untersucht zurzeit die CO2-Bilanz über die gesamte Produktionskette inklusive Lebenszyklus eines Elektroautos. Well-To-Wheel (WTW) nennt sich diese Berechnung, also von der Quelle bis zum Verbrauch beim Autofahren. Das vorläufige Ergebnis der Studie, mit dem aktuellen deutschen Mix aus Strom von Kohlekraftwerken, Atomenergie und erneuerbaren Quellen als Grundlage, lautet, dass ein vollelektrisches Auto etwas besser da steht als ein vergleichbares Fahrzeug mit Benzinmotor und etwas schlechter als eines mit Dieselantrieb. Einen signifikanten Vorteil sollen Elektroautos erst mit Strom aus erneuerbaren Energien bieten.

Entwicklung der Zulassungszahlen

Eine Studie des Car-Center Automotive Research an der Universität Duisburg-Essen unter Professor Ferdinand Dudenhöffer hat die Entwicklung der Zulassungszahlen untersucht. Sie kommt zu folgendem Ergebnis: Bis Ende 2009 waren 1588 reine Elektrofahrzeuge in Deutschland zugelassen. Im ersten Halbjahr 2010 kamen 54 hinzu, bis Ende des Jahres könnten es insgesamt 150 Fahrzeuge werden. Bis 2011 könnte sich die Zahl auf 500 erhöhen und im Jahr 2012 auf 5000 steigen. Im Jahre 2020 sollen dann knapp 300000 batterieangetriebene Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen unterwegs sein. Rechnet man die Hybrid- und anderen Fahrzeuge dazu, sollen es schließlich um die 500000 Autos sein.

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Oliver Lange