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Technologische Entwicklung

Mit Elektrofahrzeugen an die Spitze

21. Nov 2018
Aneeka Gupta, Associate Director of Research


Elektrofahrzeuge machen sich wichtige Megatrends zunutze

 

Die Welt verändert sich mit rasender Geschwindigkeit. Unseren Erwartungen nach wird unser Lebensumfeld in den nächsten zehn Jahren stark von fünf wichtigen Megatrends geprägt sein. Die Verbindung von zwei dieser wichtigen Megatrends – (1) technologische Innovation und (2) Klimawandel – liefert wirtschaftliche Argumente für die vermehrte Nutzung von Elektrofahrzeugen. Der Grund dafür liegt darin, dass der Aufstieg des Elektrofahrzeugs das Problem steigender globaler Kohlendioxidemissionen senkt und dadurch außerdem die Vorteile des schnellen technischen Fortschritts genutzt werden können.   

 

 

Quellen: Mc Kinsey Juli 2016, Vereinte Nationen (UN) Juni 2017, Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Mai 2018, US-Department of Health and Human Services (HHS) Mai 2014 und WisdomTree

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Auswirkungen eines politischen Kurswechsels

 

Dem Wechsel zur Elektrifizierung liegt ein politischer Wille zugrunde. Mehr als neun Länder sowie zwölf Städte oder Staaten haben Verbote für Verbrennungsmotoren innerhalb eines Zeitraums von etwa zehn Jahre angekündigt. Regierungen auf der ganzen Welt unterstützen den Wechsel zur Elektrifizierung in der Automobilindustrie, indem sie für die notwendige Infrastruktur und die entsprechenden steuerlichen Vorteile sorgen. Dies signalisiert auch, welch wichtige Rolle der Wechsel zu emissionsfreien Fahrzeugen bei der Erreichung ihrer Klima- und Luftqualitätsziele spielt. Unten werden die aktuellen Investitionsbekanntmachungen für die Entwicklung der Infrastruktur für Elektrofahrzeuge dargestellt:

 

Quelle: Internationale Energieagentur, WisdomTree, Stand der Daten: 28. Juni 2018

China fördert den Umweltschutz  

 

China ist bei der Erschließung des Markts für Elektrofahrzeuge führend – 2017 entfielen fast drei Viertel der globalen Elektrofahrzeugverkäufe auf das Land. Den Autoherstellern wurde von China bisher noch keine Frist für die Beendigung des Verkaufs von Benzin- und Dieselmotoren gesetzt. Die Regierung hat jedoch in ihrem 13. Fünf-Jahres-Plan sehr konkrete und nachverfolgbare Ziele zur ökologischen Entwicklung festgelegt. China schiebt sich im Bereich Fahrzeuge mit neuartiger Antriebstechnik sowohl beim Liefervolumen als auch bei der Technologie in eine Führungsposition.   

 

Nach vier Jahrzehnten des Wachstums ist die Umweltqualität Chinas heute äußerst schlecht. Die Regierung ist fest entschlossen, die Umweltstandards zu erhöhen. 2015 wurde die von der Zentralregierung angestoßene Bekämpfung der Umweltverschmutzung zum ersten Mal in den 13. Fünf-Jahres-Plan aufgenommen. Tausende Eigentümer von Industriebetrieben wurden für ihr Fehlverhalten mit Bußgeldern belegt und angeklagt. Trotz einer minimalen Verbesserung der Luftqualität ist sie immer noch weit von den durch internationale Organisationen festgelegten Standards entfernt. Der Großteil der Umweltverschmutzung in China ist auf die intensive Nutzung von Kohle zurückzuführen, die 2017 einen Anteil von 60,4 % des gesamten Energieverbrauchs des Landes ausmachte. Mit hoher Wahrscheinlichkeit wird der Verbrauch von Erdgas und nicht fossilen Brennstoffen steigen, da die Regierung verbindliche Ziele bei Energie- und Kohlenstoffintensität gesetzt hat. 

 

China ist seit 2009 der weltweit größte Automobilmarkt. Die Straßennetze liefern einen Beitrag von 76,8 % zum Frachtverkehr und sind die größte Quelle für die Luftverschmutzung. Dies zeigt, wie wichtig in China der Wechsel zu Fahrzeugen mit neuartiger Antriebstechnik ist. Sowohl Verbraucher als auch Hersteller profitieren von den Subventionen der Regierung für Fahrzeuge mit neuartiger Antriebstechnik. Im August 2017 erließ die Regierung den „Peking-Tianjin-Hebei Herbst- und Winter-Luftreinhalteplan 2017–18“. Des Weiteren gab der Staatsrat im Juni 2018 einen 3-jährigen Aktionsplan mit detaillierten Zielvorgaben und Messgrößen bekannt, um den „Verteidigungskrieg Blauer Himmel“ zu gewinnen. Die chinesische Regierung zielt darauf ab, 2020 zwei Millionen Fahrzeuge mit neuartiger Antriebstechnik und bis 2025 sieben Millionen dieser Fahrzeuge zu verkaufen. 

 

Hindernisse in der Elektrofahrzeugindustrie

 

Die kumulative Anzahl der weltweit verkauften Plug-in-Elektrofahrzeuge belief sich in den ersten neun Monaten dieses Jahres auf 1.279.000 (ein Zuwachs von 68 % gegenüber dem Vorjahr), was einem Marktanteil von 1,8 % entspricht. Rein batterieelektrische Fahrzeuge führten das Feld mit einem Plus von 61 % an, gefolgt von Hybrid-Elektrofahrzeugen, die gegenüber dem Vorjahr einen Zuwachs von 36 % verzeichneten. Die Prognosen für den Markt für Elektrofahrzeuge bleiben weiterhin optimistisch. Die International Energy Agency (IEA) erwartet, dass Elektrofahrzeuge in den nächsten 10–15 Jahren zu einem Massenmarkt werden. Offenbar sind es die folgenden drei Hindernisse, die eine Einführung von Elektrofahrzeugen auf dem Massenmarkt erschweren.

 

Fonte: WisdomTree

 

Die hohen Batteriekosten sind eines der Haupthindernisse, die Verbraucher vom Kauf eines Elektrofahrzeugs abhalten. Laut S&P Global Platts konnten die Batteriekosten, die sich 2010 noch auf 1000 USD pro kWh (Kilowattstunde) beliefen, durch Innovationen bei der Batterietechnologie auf unter 250 USD pro kWh gesenkt werden. Erwartungsgemäß werden die Batteriepreise bis 2030 um weitere 100 USD sinken und könnten zu diesem Zeitpunkt wahrscheinlich mit Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor konkurrieren.   

 

Fortschritte in der Batterietechnologie 

 

Lithium-Ionen-Batterien (LiBs) werden am häufigsten in Elektrofahrzeugen eingesetzt, da sie eine hohe Energiedichte besitzen. Dem Beratungsunternehmen Roskill zufolge haben Metalle bei Lithium-Ionen-Batterien einen Kostenanteil von 40 %. Für diese Batterien wird nicht nur Lithium benötigt, da für die Elektroden (Anode und Kathode) auch andere Metalle wie Graphit, Cobalt, Nickel und Mangan verwendet werden. Für Lithium-Ionen-Batterien werden verschiedene chemische Verfahren eingesetzt, bei denen die Anoden- und Kathodenmaterialien unterschiedlich kombiniert werden. Die fünf am weitesten entwickelten Technologien für Lithium-Ionen-Batterien sind: Lithiummanganoxid (LMO), Lithium-Cobalt(III)-oxid (LCO), Nickel Cobalt Aluminium (NCA), Nickel Mangan Cobalt (NMC) und Lithiumeisenphosphat (LFP).  

 

Quelle: Boston Consulting Group (BCG), Januar 2010 

 

Die oben genannten Lithium-Ionen-Technologien lassen sich anhand von sechs Dimensionen miteinander vergleichen: Sicherheit, Lebensdauer (sowohl anhand der Anzahl der Lade- und Entladezyklen als auch anhand des Gesamtalters der Batterie gemessen), Leistung, spezifische Energie (wie viel Energie eine Batterie pro Kilogramm Gewicht speichern kann), spezifische Leistung (wie viel Energie die Batterie pro Kilogramm Masse speichern kann) und letztendlich Kosten. Sicherheit ist bei Lithium-Ionen-Batterien bei Weitem das wichtigste Kriterium. In der Zwischenzeit finden sich die Hersteller in einem ständigen Tauziehen zwischen Kosten und Sicherheit wieder, da keine der Technologien alle sechs Dimensionen gleichermaßen erfüllt. 

 

Quelle: WisdomTree

 

Die Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Batterie bringt zwar eine hohe Leistung, birgt jedoch Probleme bei der Sicherheit, wohingegen die Lithiumeisenphosphat-Batterie bei der Sicherheit gut abschneidet, jedoch über eine niedrige spezifische Energie verfügt. Obwohl in der Batterietechnologie große Fortschritte verzeichnet wurden, gibt es keine Technologie, die bei allen sechs Dimensionen gute Werte liefert. In der Batterietechnologie besteht auch weiterhin die ständige Herausforderung, das richtige chemische Verfahren zu entwickeln, das über alle sechs Dimensionen hinweg eine optimale Leistung bringt.   

 

Zurzeit wird die Nickel-Mangan-Cobalt-Batterie, die zu gleichen Teilen Nickel, Cobalt und Mangan (im Verhältnis 1:1:1) enthält, unter den Herstellern weithin akzeptiert. Die Batteriehersteller experimentieren mit den Verhältnissen dieser Metalle bei der Zusammensetzung und bevorzugen einen hohen Nickelanteil. Ein höherer Nickelanteil liefert den Vorteil von mehr Energie in den Batterien über längere Strecken und macht die Batterien außerdem leichter. Die Lebensdauer dieser Batterien ist jedoch kurz. Darüber hinaus senkt sich durch den höheren Nickelanteil die Abhängigkeit der Hersteller von Cobalt. Der Großteil des weltweiten Angebots an Cobalt kommt aus der Demokratischen Republik Kongo. Aufgrund der politischen Instabilität des Landes sowie einem humanitären Fokus auf Kinderarbeit, ist ein großer Anteil des weltweiten Cobaltangebots weiterhin in Gefahr. Roskill und Benchmark Mineral Intelligence (BMI) zufolge werden Nickel-Mangan-Cobalt-Batterien mit höheren Nickelanteilen von 5:2:3 und 6:2:2 bereits verwendet und die Hersteller sind dabei, eine NMC-Batterie mit einem Verhältnis von 8:1:1 marktreif zu machen. Die extrem strengen Anforderungen an den Staub-, Feuchtigkeits- und Kontaminationsschutz bei NMC-Batterien mit einem Verhältnis von 8:1:1 bremsen jedoch die Bemühungen um eine Kommerzialisierung. Es wird erwartet, dass die NMC-Batterie 8:1:1 bis 2020 einen signifikanten Anteil am Markt für Elektrofahrzeuge erreichen wird.      

 

Unseren Erwartungen nach wird die rasend schnell voranschreitende Innovation in der Batterietechnologie die umfangreiche Verbreitung von Elektrofahrzeugen beschleunigen. Diese wird wiederum weitreichende Auswirkungen auf die Rohstoffe haben. Wir erwarten, dass Metalle wie Nickel, Kupfer, Silber und kleinere Elemente wie Cobalt und Lithium vom Aufstieg des Elektrofahrzeugs profitieren werden. Diesem Thema werden wir uns im zweiten Teil unseres Blogartikels widmen.  

 

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