Ladezeiten: Es kann auch schneller gehen

Bei den Ladezeiten von Elektro-Autos scheint noch Nachholbedarf zu bestehen. Doch schneller ist nicht gleich effektiver.

Eines ist klar: Soll sich die Elektromobilität durchsetzen, dann müssen sowohl die Reichweiten steigen als auch die Ladezeiten sich verkürzen. Stundenlanges Laden soll E-Autofahrern künftig erspart werden. Die Ladesäulen pumpen immer schneller Strom in die Akkus, die wiederum immer mehr davon in kürzerer Zeit aufsaugen können. Das ist bequem, aber nicht unbedingt effizient.

Elektroauto-Batterien sind groß, schwer und sehr teuer. Je mehr Energie sie fassen sollen, desto stärker schlagen diese Nachteile durch. Selbst in Luxusautos ist derzeit bei einer Kapazität rund 100 Kilowattstunden (kWh) Schluss – für größere Akkus fehlen selbst in diesem verschwenderischen Segment Geld und Platz. Lange Zeit galt die Relation von Reichweite und Gewicht/Kosten/Platzbedarf sogar als unüberwindbares Hindernis für den Erfolg des E-Antriebs abseits von Mini-Stadtautos, Golf-Karts und anderen Nischen-Mobilen.

Wie schnell können Ladezeiten sinken?

Bis Tesla kam: Die Amerikaner lösten das Problem der geringen Reichweite durch besonders kurze Ladezeiten – und spannten auf eigene Kosten ein dichtgeknüpftes Supercharger-Netz über die USA und Europa. Die Ladesäulen der Kalifornier waren lange Zeit die mit großem Abstand schnellsten auf dem Markt. Die ersten Stationen lieferten 90 kW Ladeleistung, spätere 120 und 145 kW. Künftig sollen 250 kW möglich sein. Das würde reichen, um in fünf Minuten Strom für 120 Kilometer Fahrt zu tanken.

Der Japanisch-chinesische Ladestandard Chao Ji soll E-Autos mit 900 kW befüllen. Foto: Chao Ji.

Die Konkurrenz jedoch hat in Sachen Ladezeiten längst nachgezogen und setzt sogar zum Überholen an: Der vor allem von den europäischen Herstellern genutzte CCS-Standard liefert bald bis zu 350 kW, langfristig sogar 500 kW. Der kürzlich vorgestellte chinesisch-japanische Standard Chao Ji soll das mit bis zu 900 kW in absehbarer Zeit noch einmal toppen. Und die europäische Lkw-Industrie arbeitet sogar an Ladesäulen mit bis zu 3 MW Leistung, die dann auch die Elektrifizierung des Straßengüterverkehrs möglich machen soll. Zum Vergleich: Aus der normalen heimischen Steckdose fließen maximal 3,6 kW.

Wo liegt das Lade-Problem?

Bislang allerdings nutzt die steigende Ladeleistung bislang niemandem. Viel mehr als 100 kW vertragen nur wenige Autos auf dem Markt, aktueller Rekordhalter ist das Tesla Model 3 mit 200 kW. Einen neuen Standard soll ab dem kommenden Jahr der Porsche Taycan setzen, ein viertüriger Elektrosportler mit rund 600 PS und einer Reichweite bis zu 500 Kilometern. Zum Marktstart sind zunächst 250 kW möglich, ab 2021 sollen es bis zu 350 kW sein. Die 95 kWh fassende Batterie ist damit nach 15 Minuten an der Steckdose zu den üblichen 80 Prozent voll. Für 100 Kilometer Fahrt sollen vier Minuten Ladezeit ausreichen.

Flottes Laden klappt natürlich nur, wenn man eine der wenigen ultraschnellen Ladesäulen findet. Auch wenn die deutschen Hersteller über das Gemeinschaftsunternehmen Ionity mittlerweile selbst am Ausbau der Infrastruktur arbeiten, dürfe es noch dauern, bis ein wirklich enges Netz steht. Denn die Stationen sind teuer. Nicht zuletzt, weil die starken Ladekabel aufwendig gekühlt werden müssen. Und das deutet auf ein zweites Problem der immer höheren Ladeleistungen hin: Denn je mehr diese steigen, desto größer werden die Ladeverluste.

Warum gibt es Ladeverluste?

Zu den Verlusten kommt es durch den elektrischen Widerstand in Trafos und Kabeln, der einen Teil der elektrischen Energie in Wärme wandelt. Der fällt umso stärker aus, je höher die genutzte Stromstärke ist. Dazu kommt der Strombedarf für die Kühlung. Rund fünf bis sechs Prozent Verlust kommen dabei zusammen. Und auch in der Traktionsbatterie im Fahrzeug entsteht Wärme, die gegebenenfalls auch weggekühlt werden muss.

Wie hoch der Gesamtverlust ist hängt außerdem unter anderem von der Außentemperatur, der Größe der Batterie (groß ist günstiger), ihrem Füllstand (gering ist günstiger) und ihrer Temperatur (niedrig ist günstiger) ab. Diese ist abhängig von der Fahrweise vor dem Tanken.

Klar ist aber, vernachlässigbar sind die Ladeverluste nicht. Bei einem Test des ADAC benötigte das Tesla Model X mit der 100-kWh-Batterie für das Volltanken insgesamt 108,3 kWh Energie. Auch bei vielen anderen Modellen lag der Verlust bei 5 bis 10 Prozent. Wie hoch die Ladeverluste bei den künftigen Schnelllader-E-Autos sind, muss die Praxis zeigen.

Gibt es Alternativen?

Klar ist auch, dass das langsame Wechselstromladen deutlich effizienter ist als das schnelle Stromzapfen an Gleichstrom-Anschlüssen. Und es ist besser für die Batterielebensdauer, die die Druckbetankung nicht besonders leiden kann. Nicht zuletzt kostet der schnelle Strom in der Regel auch Extra-Gebühren und ist deutlich teurer als der Strom daheim oder an der Normalladesäule. Als Standard-Energiequelle sind Schnellladesäulen daher eher nicht geeignet. Unverzichtbar sind sie jedoch, wenn es mal weiter gehen soll als bis an die Stadtgrenze. HM/SP-X/Foto: Ionity

Diesel-Fahrverbote in vielen NRW-Städten?

Es geht nicht nur um Diesel-Fahrverbote für Aachen: Am Mittwoch wird ein wegweisendes Urteil des Oberverwaltungsgerichts NRW erwartet.

Im Rechtsstreit um drohende Diesel-Fahrverbote wird das Oberverwaltungsgericht des Landes Nordrhein-Westfalen am kommenden Mittwoch, den 31. Juli, eine erste Entscheidung treffen. Nach Angaben einer OVG-Sprecherin will das Gericht mit dem ersten Urteil für die Stadt Aachen auch wegweisende Hinweise für die andere betroffenen Städte verkünden (AZ.: 8 A 2851/18). In den Verfahren klagt die Deutsche Umwelthilfe (DUH) auf Fortschreibung der Luftreinhaltepläne der Bezirksregierung Köln.

Welche Maßnahmen hat Aachen ergriffen?

Die Stadt Aachen hofft, mit ihrem überarbeiteten Luftreinhalteplan und ihren Sofortmaßnahmen das drohende Fahrverbot noch abwenden zu können. Die Maßnahme mit dem stärksten Effekt sei die abgeschlossene Umrüstung der Busflotte mit einem speziellen Schadstofffilter. „Da sind knapp 100 Busse umgerüstet worden, sodass wir da auch von spürbaren Ergebnisverbesserungen in den Luftwerten wirklich reden können“, sagte Stadtsprecher Bernd Büttgens. Die Stadt habe ihren Dienstverkehr auf E-Mobilität umgestellt und die Parkgebühren erhöht, damit Autofahrer nicht lange suchen, sondern direkt ins Parkhaus fahren.

Wie ein potenzielles Fahrverbot aussehen könnte, sei nicht klar. Büttgens: „Wir haben als Stadt Aachen immer gesagt, wir halten nichts davon, einzelne Straßenzüge zu sperren, weil die Erfahrung aus allen anderen Städten zeigt, der Verkehr sucht sich seinen Weg.“ Infrage käme in dem Fall „eventuell“ das Gebiet der Umweltzone.

In welchen Städten klagt die DUH?

In NRW sind zahlreiche Klagen der DUH anhängig. Betroffen sind unter anderen Bielefeld, Bochum, Dortmund, Düsseldorf und Essen. Im September folgt dann eine Verhandlung zu möglichen Fahrverboten in Köln.

Das Oberverwaltungsgericht mit Sitz in Münster hatte sich im Mai an zwei Tagen von Experten die Entstehung und Bedeutung von Grenzwerten erklären lassen. Mehrere Wissenschaftler beantworteten dabei Fragen des Gerichts. Der Vorsitzende Richter des 8. Senats machte bei der Anhörung seine Meinung deutlich: „Die Probleme hätten verhindert werden können, wenn, wie in anderen Ländern, Emissionsprobleme frühzeitig in Angriff genommen worden wären“, sagte Max-Jürgen Seibert. Gleichzeitig machte der Verwaltungsrichter deutlich, dass Fahrverbote immer auch verhältnismäßig sein müssten.

Auch die Landespolitik schaut gespannt nach Münster. NRW-Umweltministerin Ursula Heinen-Esser (CDU) war bei dem Erörterungstermin im Mai bereits über Stunden im Gericht dabei. Für die Entscheidung am Mittwoch kündigte sie nach Angaben einer Gerichtssprecherin ebenfalls ihr Kommen an. HM

PwC-Studie zu E-Autos weltweit: Der Boom hält an

Die exponentiell wachsende Nachfrage nach elektrifizierten Fahrzeugen auf dem globalen Markt hält an. Das zeigt eine PwC-Studie zu E-Autos.

In einer Studie erfasst die Unternehmensberatung PwC das weltweite Wachstum bei E-Autos und Hybriden auf Basis von Zulassungszahlen in den wichtigsten globalen Automärkten. Elektrifizierte Autos sind dabei mit einer Wachstumsrate von insgesamt 68,4 Prozent (694.494 verkaufte Einheiten in der ersten Jahreshälfte 2019) eines der wenigen stark wachsenden Segmente des globalen Automobilmarkts.

Wie stark ist der Boom?

„Obwohl die wirtschaftlichen und technischen Herausforderungen für Elektrofahrzeuge nach wie vor groß sind und Vieles gegen ihren Erfolg zu sprechen scheint, erleben wir jährlich etwa eine Verdopplung des Absatzes“, sagt Felix Kuhnert, Global Automotive Leader bei PwC. Der Experte vergleicht diese exponentielle Entwicklung mit der berühmten Weizenkornlegende aus der Schachgeschichte – ein anschauliches Beispiel dafür, wie aus geringen Ausgangswerten durch Verdopplung des jeweils vorausgehenden Wertes rasch große Zahlen werden.

Eine ähnliche Dynamik, so Felix Kuhnert, könne man bei der Elektromobilität beobachten: „Nachdem die reinen Elektrofahrzeuge 2018 bei den Verkäufen erstmals die Millionenmarke knackten, rechnen wir mit einem Wachstum um mehr als das Doppelte – auf schätzungsweise 2,3 Millionen –verkauften Einheiten bis zum Jahresende 2019.“

Wie dynamisch sind die Top-5-Märkte in der EU?

Die europäischen Top-5-Märkte Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Italien und Spanien zeigten laut der PwC-Studie zu E-Autos im ersten Halbjahr 2019 ein anhaltendes Wachstum von 34,6 Prozent (411.801 Einheiten) für elektrische Fahrzeuge, trotz zum Teil erheblicher Rückgänge der Gesamtmärkte.

Dabei legten die batterieelektrisch betriebenen Fahrzeuge am stärksten zu (72,1 Prozent Wachstum im Vergleich zum ersten Halbjahr 2018). Bei den Plug-in-Hybriden hingegen hält die Stagnation an. Ihre Verkaufszahlen sanken im selben Zeitraum um 9 Prozent. „Dies liegt an der immer noch mangelnden Verfügbarkeit dieser Fahrzeuge“, sagt Christoph Stürmer, Global Lead Analyst bei PwC Autofacts.

Hybridfahrzeuge ohne externe Lademöglichkeit legten im ersten Halbjahr 2019 ebenfalls weiter zu, und zwar um 37,1 Prozent (291.745 verkaufte Einheiten). „Sie entwickeln sich bei den High-Tech-Verbrennern zum neuen Standard“, so Experte Stürmer.

Wie sieht es in Deutschland aus?

In Deutschland sind im ersten Halbjahr 2019 mehr als 30.000 batterieelektrisch betriebene Autos verkauft worden – und damit bereits fast genauso viele wie im gesamten Jahr 2018 (34.328). Die PwC-Experten halten hierzulande – nach konservativer Schätzung – 60.000 verkaufte Einheiten zum Jahresende 2019 für realistisch. Sie gehen sogar von Wachstumsraten um die 75 Prozent im Vergleich zum Vorjahr aus.

Dominanz der „Stromer“ in China

China, weiterhin der weltweit führende Markt für E-Autos und leichte Nutzfahrzeuge mit Batterieantrieb, verzeichnete laut der PwC-Studie zwischen Januar und Juni 2019 eine Wachstumsrate von insgesamt 45,7 Prozent (652.520 verkaufte Einheiten). Auffällig ist dabei die klare Dominanz der reinen „Stromer“. Sie legten um 68 Prozent zu, und die Plug-in-Hybride immerhin um 29,5 Prozent. Hybridautos hingegen verzeichneten einen leichten Rückgang um 1,4 Prozent.

„Betrachtet man die absoluten Verkaufszahlen, stellt man fest, dass die über 250 Hersteller selbst auf dem für E-Autos starken chinesischen Markt zusammengenommen nur etwa drei volle Fabriken wirtschaftlich betreiben könnten“, erläutert Christoph Stürmer. Eine Fabrik entspricht dabei rund 250.000 verkauften Einheiten.

„Insofern ist es nur mit den noch hohen direkten Subventionen zu erklären, dass sich viele Hersteller trotz großer Herausforderungen in das kommerzielle Abenteuer E-Autos stürzen und eine Wette auf weiter wachsende Nachfrage eingehen.“

In Japan ist der Toyota Prius der Renner bei den elektrifizierten Autos. Foto: Toyota

Wir sehen die Zahlen in Japan aus?

Verlässliche Verkaufszahlen für die hochtechnisierten asiatischen Länder Japan und Südkorea sind üblicherweise nur schwer erhältlich. Umso interessanter sind die Ergebnisse für E-Fahrzeuge aus diesen Ländern, die PwC im neuesten Report präsentieren kann. In Japan verkauften die Hersteller demnach im ersten Halbjahr 2019 insgesamt rund 2,75 Millionen Neufahrzeuge in allen Segmenten – davon waren allerdings nur etwa 11.000 batterieelektrische Autos, was lediglich etwa einem Drittel der Verkäufe in Deutschland entspricht.

Hybride für die Innenstädte

Hybride, insbesondere das Modell Prius von Toyota, gingen hingegen rund 600.000 Mal an Kunden. „Die Strategie zum Erreichen der Umweltziele in Japan besteht offensichtlich in der Hybridisierung des Autoverkehrs“, erklärt Felix Kuhnert von PwC. Dabei spiele der Stop-and-Go-Verkehr in den Innenstädten eine besonders große Rolle, wo Hybride ihre Stärken ausspielen.

Ein ganz anderes Bild zeigt sich laut PwC-Studie zu E-Autos in Südkorea: Von den zusammengenommen knapp 870.000 Neuzulassungen im ersten Halbjahr entfielen 19.786 auf batterieelektrisch angetriebene Fahrzeuge. Das entspricht einem Anteil von 2,3 Prozent, und damit knapp doppelt so viel wie in den europäischen Top-5 Märkten.

Große Investitionen in Akkus geplant

Mit dem starken Wachstum der E-Autos steigt laut der PwC-Studie auch der Bedarf an Akkumulatoren. Die chinesische CATL-Gruppe, der weltweit größte Hersteller von Batteriezellen, kündigte deutlich größere Investitionen in das Produktions- und Forschungszentrum an, das bei Erfurt in Deutschland entstehen soll: Statt den ursprünglich genannten 240 Millionen Euro ist nun eine Summe von 1,8 Milliarden Euro vorgesehen. Ab 2026 sollen dort jährlich bis zu 60 oder sogar 100 Gigawattstunden (GWh) statt der zuvor angepeilten 14 GWh hergestellt werden.

Batterieproduktion: Standort Deutschland

Damit böte der Standort in Deutschland deutlich größere Kapazitäten als Teslas Gigafactory, die bislang 20 GWh pro Jahr produziert. „Die Batteriezellenfertigung ist ein wesentlicher Wachstumsfaktor für die Industrie insgesamt“, sagt PwC-Analyst Christoph Stürmer. Er ergänzt: „Bereits im ersten Halbjahr 2019 sind allein in batterie-elektrischen Fahrzeugen schätzungsweise knapp 28 Gigawattstunden Batteriekapazität verbaut worden.“ Bis zum Jahresende könne der Bedarf auf mehr als 90 Gigawattstunden ansteigen. „Ein enormer Investitionsbedarf, aber auch ein enormes Potenzial für lokale Standorte“, so Christoph Stürmer. HM/Foto: Nissan