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Batterien von Elektroautos
Um das Vorgehen der EU besser zu verstehen, muss man zu den Grundlagen zurückkehren: Woraus bestehen die Batterien von Elektrofahrzeugen?
Es war einmal das Elektroauto
Autos waren für den Menschen eine enorme Bereicherung: Sie ermöglichen es uns, uns fortzubewegen, und für Milliarden von Menschen auf der Welt sind sie ein Fortbewegungsmittel, mit dem sie zur Arbeit und zum Einkaufen kommen und nicht auf öffentliche Verkehrsmittel angewiesen sind, die es in einigen Teilen der Welt oft gar nicht gibt. Aber: Alles hat seinen Preis. Und der von Autos ist ein doppelter: oft sehr hohe Unterhaltskosten, aber vor allem Treibhausgasemissionen, die mit dem Verbrennungsmotor verbunden sind. Unser Lebensstil und unsere Beziehung zum Auto waren nicht mehr tragbar, also musste eine Alternative gefunden werden, die es uns ermöglichte, uns weiterhin frei zu bewegen und dabei weniger Schadstoffe zu produzieren. Hier ist die Elektroauto Sie ermöglicht es uns, uns fortzubewegen, ohne CO2 in die Atmosphäre zu pusten.
Im Gegensatz zu einem VerbrennungsfahrzeugEin Elektrofahrzeug stößt kein CO2 aus und besteht aus weitaus weniger Teilen, was es zu einem günstigeren Preis macht. Wartung einfacher.
Das Herzstück eines Elektroautos ist sein Akku. Im Gegensatz zu den Batterien der meisten Autos, die hauptsächlich dazu dienen, den Motor zu starten und Zubehör wie das Radio oder die Klimaanlage zu bedienen, betreibt die Batterie eines Elektroautos alles. Noch wichtiger ist, dass sie den Elektromotor antreibt - oder genauer gesagt, sie treibt einen Controller an, der wiederum den Elektromotor antreibt -, also muss sie leistungsstark und langlebig genug sein, um die Fahrer mit einem Minimum an Aufladung dorthin zu bringen, wo sie hin müssen. Lange Zeit als zu teuer angesehen der Preis für Elektroautos wird immer erschwinglicher. Elektroautos sind nicht nur für mehr Menschen erschwinglich geworden, sondern es wird nun auch ein noch größerer Wettbewerb erwartet, der zu niedrigeren Preisen und Kosten führen wird.
Die Funktionsweise von Batterien
Eine Akku ist ein Gerät, mit dem chemische Energie gespeichert und diese chemische Energie in Elektrizität umgewandelt werden kann. Eine Batterie besteht aus einer oder mehreren elektrochemischen Zellen, die jeweils aus zwei Halbzellen oder Elektroden bestehen. Eine der Halbzellen, die so genannte negative Elektrode, ist mit winzigen, negativ geladenen subatomaren Teilchen überladen, die so genannte Elektronen. Die andere, die sogenannte positive Elektrode, weist einen Mangel an Elektronen auf. Wenn die beiden Hälften durch einen Draht oder ein elektrisches Kabel miteinander verbunden sind, fließen Elektronen von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode. Diesen Elektronenfluss bezeichnen wir als Elektrizität. Die Energie dieser sich bewegenden Elektronen kann genutzt werden, um eine Aufgabe zu erfüllen - z. B. einen Motor anzutreiben. Wenn die Elektronen auf die positive Seite wechseln, verlangsamt sich der Fluss allmählich und die Spannung der von der Batterie erzeugten Elektrizität sinkt. Schließlich, wenn sich auf der positiven Seite genauso viele Elektronen befinden wie auf der negativen Seite, gilt die Batterie als "tot" und ist nicht mehr in der Lage, einen Stromfluss zu erzeugen.
Elektronen werden durch chemische Reaktionen erzeugt, und es gibt viele verschiedene chemische Reaktionen, die in den auf dem Markt erhältlichen Batterien verwendet werden. Beispielsweise erzeugen die bekannten Alkalibatterien, die in Taschenlampen und Fernsehfernbedienungen verwendet werden, Strom durch eine chemische Reaktion, an der Zink- und Manganoxid beteiligt sind. Die meisten Alkalibatterien gelten als Einwegbatterien. Sobald sie tot sind, sind sie nutzlos und sollten recycelt werden. Autobatterien hingegen sollten wiederaufladbar sein, damit sie nicht ständig ausgetauscht werden müssen. In einer wiederaufladbaren Batterie wird elektrische Energie verwendet, um die negativen und positiven Hälften der elektrochemischen Zellen umzukehren, wodurch der Elektronenfluss wieder in Gang gesetzt wird.
Wie funktioniert die Batterie eines Elektroautos?
Bleibatterien
Die Autohersteller haben drei Arten von wiederaufladbaren Batterien identifiziert, die sich für den Einsatz in Elektroautos eignen. Diese Typen sind Bleibatterien, Akkus mit Nickel-Metallhydrid und die Lithium-Ionen-Batterien.
Bleibatterien wurden 1859 erfunden und sind die älteste Form von wiederaufladbaren Batterien, die noch verwendet werden. Sie werden seit dem 19. Jahrhundert in allen Arten von Autos, auch in Elektroautos, verwendet. Bleiakkumulatoren enthalten in der Regel eine milde Schwefelsäurelösung in einem offenen Behälter. Der Name leitet sich von der Kombination aus Bleielektroden und Säure ab, die zur Erzeugung von Elektrizität in diesen Akkus verwendet wird. Der Hauptvorteil von Bleiakkumulatoren ist, dass sie nach jahrelangem Gebrauch gut verstanden werden und ihre Herstellung kostengünstig ist. Allerdings produzieren sie während des Gebrauchs gefährliche Gase und wenn die Batterie überladen ist, besteht Explosionsgefahr.
Nickel-Cadmium-Batterien
Nickelbatterien wurden Ende der 1980er Jahre erstmals kommerziell genutzt. Sie haben eine hohe Energiedichte - d. h. eine große Energiemenge kann in eine relativ kleine Batterie gepackt werden - und enthalten keine giftigen Metalle, weshalb sie leicht zu recyceln sind.
Lithium-Ionen-Akkus
Lithium-Ionen-Akkus, die Anfang der 1990er Jahre auf den Markt kamen, haben eine sehr hohe Energiedichte und verlieren weniger wahrscheinlich als die meisten Akkus ihre Ladung, wenn sie nicht verwendet werden - eine Eigenschaft, die als Selbstentladung bezeichnet wird. Aufgrund ihres geringen Gewichts und ihres geringen Wartungsaufwands werden Lithium-Ionen-Akkus häufig in elektronischen Geräten wie Laptops verwendet. Einige Experten glauben, dass Lithium-Ionen-Batterien die perfekte wiederaufladbare Batterie sind, und dass diese Art von Batterie die beste Lösung ist, um den Markt für Elektrofahrzeuge derzeit anzukurbeln. Fast alle neuen Fahrzeuge auf dem Markt werden von Lithium-Ionen-Batterien angetrieben: Renault Zoe, Kia Niro EV, Nissan Leaf...
Eine Variante der Lithium-Ionen-Batterien, die sogenannte Au Lithium-Ionen-Polymerkönnte sich auch für die Zukunft der Elektrofahrzeuge als wertvoll erweisen. Diese Batterien könnten möglicherweise in der Herstellung billiger sein als Lithium-Ionen-Batterien; derzeit sind Lithium-Ionen-Polymer-Batterien jedoch prohibitiv teuer.
Da wir nun wissen, wie Batterien für Elektroautos funktionieren, wollen wir uns damit beschäftigen, woher die Materialien kommen, aus denen diese Batterien bestehen, und wie sie hergestellt werden.
Der weltweite Markt für Batterien für Elektroautos
Um die Ziele des Batterie-Airbus besser zu verstehen, müssen wir den weltweiten Batteriemarkt untersuchen. Der weltweite Markt für Batterien für Elektrofahrzeuge (EV) wurde 2017 auf 23 Mrd. US-Dollar geschätzt und soll bis 2025 auf 84 Mrd. US-Dollar anwachsen.
Ein schnell wachsender Markt
Seit einigen Jahren entscheiden sich die Verbraucher immer häufiger für Elektrofahrzeuge oder Plug-in-Hybride. Dafür gibt es mehrere Gründe: Elektrofahrzeuge benötigen keinen Kraftstoff (Benzin oder Diesel) und haben geringere Wartungskosten, was die Ausgaben der Verbraucher möglicherweise reduziert. Außerdem führt das wachsende Bewusstsein der Verbraucher dazu, dass sie sich für Fahrzeuge entscheiden, die weniger umweltschädlich sind.
Laut die AvereIm Juni 2019 stieg die Zahl der Neuzulassungen in Frankreich um +46%.
Das Wachstum des Marktes für Batterien für Elektrofahrzeuge (EVs) wird durch die steigende Nachfrage nach emissionsfreien Fahrzeugen, die sinkenden Produktionskosten für Batterien und das weltweit wachsende Bewusstsein für den Klimawandel angetrieben.
Dieser Markt stellt ein großes, aber bislang ungenutztes Potenzial für die europäischen Batterie- und Autohersteller sowie für die europäische Wirtschaft im Allgemeinen dar. Derzeit wird der Markt für Batterien für EVs von Akteuren aus nur drei Ländern beherrscht, die alle in Asien liegen: China, Japan und Korea. Im Jahr 2018 wurden weniger als 3 % der gesamten weltweiten Nachfrage nach Batterien für EVs von Unternehmen außerhalb dieser drei Länder vergeben, und nur 1 % von europäischen Unternehmen.
China dominiert den Rohstoffmarkt
In China haben die Lithiumproduktionsanlagen ein Flair von Ölraffinerien. Innerhalb weniger Jahre sind chinesische Unternehmen zu einem der weltweit größten Produzenten von Lithium geworden, einem Leichtmetall, das ein wichtiger Rohstoff für Batterien ist. Sie haben Minen von Australien bis Südamerika aufgekauft und bauen in China Fabriken zur Herstellung von Lithiumchemikalien und -batterien.
Als jüngstes Beispiel für Chinas Fähigkeit, ungeheure Mengen an Kapital in schnell wachsende Industrien zu lenken, produzierte das Land laut Benchmark Mineral Intelligence im April mehr als 60 % des weltweiten Lithiums, während die USA weniger als 1 % produzierten.
Die Dominanz Chinas in der Lieferkette für Elektroautos hat in einem Handelskrieg, der Washington und Brüssel beschäftigt, wachsende Besorgnis ausgelöst, da beide befürchten, von der nächsten industriellen Revolution verdrängt zu werden. Anfang Mai legten zwei US-Senatoren, Lisa Murkowski und Joe Manchin, einen parteiübergreifenden Gesetzentwurf vor, der die US-Produktion von wichtigen Mineralien wie Lithium ankurbeln sollte.
Dies war jedoch nicht immer der Fall
Jahrhunderts waren die USA der größte Lithiumproduzent, doch die Kings Mountain Mine in North Carolina wurde in den 1980er Jahren aufgrund der Konkurrenz aus Chile geschlossen. Danach wurde der Markt von einigen wenigen Akteuren dominiert, die als die "Big Three" bekannt sind: SQM aus Chile, das vom Schwiegersohn des ehemaligen Diktators des Landes, Augusto Pinochet, kontrolliert wurde, und die US-amerikanischen Produzenten Albemarle und FMC. Im Jahr 2015 übernahm Albemarle den konkurrierenden US-Hersteller Rockwood, und im vergangenen Jahr spaltete FMC sein Lithiumgeschäft in eine separate Einheit auf, Livent, die in New York notiert ist.
Dies stellt ein Problem für die europäischen Hersteller dar
Da die Möglichkeiten zur Beschaffung von Batterien in Europa begrenzt sind, haben die europäischen Automobilhersteller ihre Versorgung bislang weitgehend durch langfristige Vereinbarungen mit asiatischen Herstellern gesichert. Einige führende europäische OEMs beispielsweise haben bislang weitere Investitionen in die Zellproduktion ausgeschlossen und sich ausschließlich auf F&E und Verpackung konzentriert. Nissan besitzt derzeit ein Werk in Sunderland, Großbritannien, versucht aber, sich von diesem zu trennen. Volkswagen hat gerade angekündigt, dass es 1 Mrd. EUR in eine Fabrik zur Herstellung von Batteriezellen investiert, die es gemeinsam mit SK Innovation in Deutschland entwickelt, während es auch wichtige Lieferverträge mit LG Chem, Samsung und dem chinesischen Batteriehersteller CATL hat.
Wenn sich die europäischen Autohersteller gegen eine eigene Batterieproduktion entscheiden und die Versorgung in der Nähe ihrer europäischen Werke nicht sicherstellen können, könnten sie gegenüber konkurrierenden Herstellern, die näher dran sind und die Versorgung mit Batterien besser sicherstellen können, benachteiligt sein, wenn die Nachfrage nach EVs steigt. Daher kann es lukrative Möglichkeiten für Batteriehersteller geben, die Anlagen am richtigen Ort und zur richtigen Zeit errichten.
Hier kommt das Projekt des Batterie-Airbus zum Tragen: Um auf dem Markt für Elektrofahrzeuge wettbewerbsfähig zu bleiben, muss Europa seine eigenen Batterien für Elektroautos entwickeln.
EU will einen "Batterie-Airbus", um die Technologie für Elektroautos voranzutreiben
Und dem großen Einfluss Chinas in diesem Sektor entgegenwirken.
Bereits 2017, auf dem 30. Internationalen Elektrofahrzeug-Symposium & Ausstellung in Stuttgart, erklärte der für Energie zuständige Vizepräsident der Europäischen Kommission, Maros Sefcovic, dass "Europa als Ganzes bei allen großen Revolutionen der Vergangenheit im Verkehrsbereich - Eisenbahn, Verbrennungsmotoren, Luftfahrt - an vorderster Front gestanden hat. Ich bin überzeugt, dass die europäische Automobilindustrie den Weg für den weltweiten Übergang zu einer sauberen und vernetzten Mobilität ebnen kann. Ich bin mir sicher, dass Europa zum Kontinent der intelligenten und sauberen Autoinfrastruktur werden kann. Wir sind besser als jeder andere Teil der Welt dafür gerüstet, diesen Quantensprung zu vollziehen. Wir müssen zusammenarbeiten, um dies zu erreichen".
Dieser Wunsch wurde Ende 2019 mit einer öffentlichen Unterstützung in Höhe von 3,2 Milliarden Euro für die Entwicklung eines "Airbus für Batterien" in die Tat umgesetzt.
Das Ziel des Batterie-Airbus ist klar: die asiatischen Länder einzuholen und Europa in dieser neuen Mobilitätsrevolution wieder einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen.
Die Europäische Kommission hat also grünes Licht für den Batterie-Airbus gegeben. Das Projekt wird von sieben EU-Mitgliedstaaten - Belgien, Finnland, Frankreich, Deutschland, Italien, Polen und Schweden - getragen, mit einer Gesamtfrist im Jahr 2031. Es wird geschätzt, dass das Projekt zusätzliche private Investitionen in Höhe von 5 Milliarden Euro anziehen wird.
Das "wichtige Projekt von gemeinsamem europäischem Interesse" (Piiec) wird das Ergebnis der Zusammenarbeit mehrerer Branchen sein: Automobilindustrie (BMW), Chemie (BASF oder auch Solvay), aber auch mehrere kleinere europäische Unternehmen.
Die künftig entwickelten Batterien werden sicherer und umweltfreundlicher sein. Es wird auch intensiv daran gearbeitet, ihre Lebensdauer zu erhöhen und die Ladezeiten zu verkürzen.
Das war's, Sie wissen alles über den Airbus der Batterien. Falls Sie noch Fragen haben, können Sie sich gerne unter [email protected] an uns wenden.
