Wieder eine neue Wunderbatterie

Wieder eine neue Wunderbatterie

Wer die Medien mit ein wenig Aufmerksamkeit konsumiert, wird zumindest alle zwei Wochen feststellen: Schon wieder eine neue Wunderbatterie!

Und so war es auch diese Woche wieder so weit: Das deutsche Start-up Theion will schon bald eine Solid State-Batterie anbieten, die Lithium-Ionen-Akkus deutlich übertrifft: Die dreifache Reichweite wird für E-Autos versprochen!

Auf der Website werden alle erforderlichen Versprechen gebracht: Verdreifachte Energiedichte, hohe Zyklenfestigkeit, tolle Schnellladeleistung, nicht brennbar, billiges Rohmaterial, geringer Energieaufwand für die Produktion und natürlich: billig! Schwefel anstelle von Konfliktmaterialien – wäre das nicht fantastisch?

Erste Muster sind für 2023 angekündigt.

Wie real sind diese Versprechungen? Beginnen wir mit der Physik: Die Lithium-Schwefel-Batterie gibt es tatsächlich zumindest seit 1958, allerdings eher als Forschungsobjekt.

Zellenaufbau Lithium-Schwefel-Zelle
Urheberhinweis: Von Egibe – Eigenes Werk, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=80152749

Die Zellenspannung liegt bei 2,2 Volt, deutlich unter den 3,6 Volt der derzeit gängigen Lithium-Ionen-Batterien und die Spannungskurve ist kompliziert. Ein BMS für eine Lithium-Schwefel-Batterie muss ein durchaus aufwändiges Stück Technik sein.

Wer den Wikipedia-Artikel bis zum Ende liest, kommt auf zwei Erkenntnisse: Es tut sich etwas bei diesem Zellentyp. Allerdings sind Ankündigungen aus 2018 noch nicht in der Realität angekommen.

Eine deutliche Verbesserung der Eigenschaften der Schwefelzelle wurde durch den Einsatz von Cobaltoxalat berichtet. Und da war er wieder, der Problemstoff Kobalt!

Wer bisher bereits eine gewisse Skepsis beim Lesen verspürt hat, irrt definitiv nicht. Wenn eine neue Wunderbatterie bereits mehrmals ergebnislos angekündigt wurde und dann noch mit Kobalt verbessert werden muss: Da ist gewiss Vorsicht geboten.

Vor Schwierigkeiten mit Wunderbatterien sind selbst große Namen nicht gefeit: Beispielsweise steht das von Volkswagen unterstützte Feststoffbatterieunternehmen QuantumScape derzeit aufgrund eines sehr kritischen Berichts über mögliche Insidergeschäfte und Betrugsvorwürfe unter Druck – Theranos und Nikola lassen grüßen. Es gilt selbstverständlich die Unschuldsvermutung! Das Management von QuantumScape wirft deshalb gerade positive Berichte auf den Markt, um positive Stimmung zu verbreiten. Die viel früher als geplant vorgestellte Zelle mit 16 Schichten hat allerdings eine deutlich schlechtere Performance und die Zellengröße wird lediglich als “kommerziell relevant” bezeichnet, wohl weil die Firma auch für die lächerlich kleinen Zellen in ihren Testaufbauten kritisiert wurde.

Vielleicht ist das alles ungerecht gegenüber dem oben erwähnten Startup Theion – ich wünsche ihnen viel Glück. Ruft mich an, wenn das Produkt auf dem Markt ist!

Volkswagen und die Energiewende

Volkswagen und die Energiewende

Die Elektromobilität als Teil der Elektrifizierung des Verkehrs ist naturgemäß ein Teil der Energiewende, das ist bereits bekannt. Was hat Volkswagen sonst mit der Energiewende zu tun?

Wenn man sich das Stammwerk in Wolfsburg ansieht: Sehr viel sogar!

Dort ist nämlich die VW Kraftwerk GmbH ansässig. Sie betreibt in ganz Deutschland mehrere Kraftwerke im Umfeld der VW-Werke. Außerdem gibt es ein Kraftwerk in Tschechien für den Standort Mladá Boleslav.

VW-Werk in Wolfsburg

Unter diesen Kraftwerken befindet sich auch ein Windkraftwerk in Salzgitter, das mit einer elektrischen Leistung von 12,8 MW allerdings ziemlich klein ist. Kein Wunder, es besteht lediglich aus vier Windturbinen. Aber immerhin!

Sehen wir uns die Kraftwerke in Wolfsburg an. Dort gibt es zwei Kraftwerke, nämlich das Kraftwerk West und das Kraftwerk Nord/Süd. Verwirrende Namensgebungen kann man Volkswagen also schon mal nicht vorwerfen.

Etwas problematischer ist der derzeit laufende Umstieg vom Brennstoff Steinkohle auf den Energieträger Erdgas, der derzeit bekanntlich von erheblichen politischen Unsicherheiten gekennzeichnet ist. Das Volkswagen-Werk in Wolfsburg wäre von einem verordneten Importstopp für russisches Erdgas vermutlich relativ rasch betroffen – wie viele andere Unternehmen in Deutschland auch.

Wie viele andere Unternehmen in Deutschland auch ist Volkswagen dem Lockruf des billigen Gases gefolgt, mit Unterstützung mehrerer Bundesregierungen. Das kann man Volkswagen speziell nicht unbedingt vorwerfen.

Anders liegt die Angelegenheit bei den Kraftwerken selbst. Das Kraftwerk West wurde als Kohlekraftwerk konzipiert und konnte in dieser Form bis zu 90 Tonnen Steinkohle pro Stunde verfeuern. Vermutlich bis Jahresende wird es auf Erdgas umgestellt sein. Die elektrische Leistung liegt bei 288 MW, die Wärmeleistung bei 266 MW. Das Verhältnis der Energieerzeugung beträgt 52 Prozent Strom und 48 Prozent Wärme. Durch die Nutzung der Abwärme für das Werk und das Fernwärmenetz für Wolfsburger Haushalte ist der Energienutzungsgrad ziemlich hoch – also eine gute Sache.

Sehen wir uns aber das Kraftwerk Nord/Süd an, das durch seine vier Schornsteine mit jeweils 125 Metern Höhe dem Werk und der Stadt Wolfsburg ein charakteristisches Wahrzeichen verleiht. Dieses Kraftwerk hat eine elektrische Leistung von 136 MW, jedoch eine Wärmeleistung von bis zu 755 MW. Zugegeben, die maximale Wärmeleistung wird nur bei strenger Winterkälte abgerufen, um die Wärmeversorgung von Werk und Stadt sicherzustellen. Trotzdem: Die reine Wärmeerzeugung ist die am wenigsten intelligente Nutzung fossiler Brennstoffe.

Besser wäre es, wenn mit dem Brennstoffeinsatz im Verhältnis genauso viel Strom erzeugt werden würde, wie im Kraftwerk West. Ähnlich schlecht ist die Situation beispielsweise im Heizkraftwerk Kassel: Eine elektrische Leistung von 76 MW steht einer Wärmeleistung von 313 MW gegenüber.

Sicherlich gibt es viele Sachzwänge, die zur derzeitigen Auslegung der Kraftwerke geführt haben. Trotzdem: Volkswagen und die Energiewende sind keine getrennten Themen und das Unternehmen könnte dabei noch einiges beitragen.

Batteriezüge kommen an

Batteriezüge kommen an

Die Elektromobilität breitet sich zum Glück auf den Straßen aus, allen Lieferschwierigkeiten zum Trotz. Hohe Preise für fossile Antriebsenergie helfen dabei.

Von vielen unbemerkt hat es der Elektroantrieb auch auf die Schiene geschafft.

Das ist natürlich keine Neuigkeit, die erste elektrische Lokomotive wurde bereits 1879 vorgestellt, ungefähr gleichzeitig mit den ersten Elektroautos.

Ein Problem gibt es aber: Elektrische Lokomotiven und Zügen benötigen Oberleitungen. Heute sind in Deutschland lediglich 61 Prozent des Streckennetzes elektrifiziert, weit hinter der Schweiz (100 Prozent), Italien (72 Prozent) oder Polen und Spanien (64 Prozent). besonders auf Regional- und Nebenstrecken wird in Deutschland nach wie vor mit Dieselantrieb gefahren.

Elektrifizierte Bahnstrecken in Europa

Keine erfreuliche Situation also. Doch in den letzten Jahren wurden batterieelektrische Züge auf die Schiene gestellt, die auch ohne Oberleitung emissionsfrei fahren können. Und natürlich sparen sie Energie durch Rekuperation. 2017 hatte Bombardier (nunmehr Alstom) mit Probefahrten begonnen. Mittlerweile bieten die meisten großen Hersteller von Personenzügen batterieelektrische Versionen ihrer Regionalzüge an und die Deutsche Bahn unternimmt neuerdings einen Betriebsversuch mit Passagieren.

Auch bei der Bahn ist der batterieelektrische Zug keine echte Neuheit. 1907 ging der Wittfeld-Akkumulatortriebwagen in Betrieb und fuhr immerhin bis in die 1960er. Die Reichweite des größten Modells mit 293 Kilowattstunden Kapazität und 23,5 Tonnen Gewicht betrug immerhin 180 Kilometer.

Mit der Baureihe ETA 150 fuhr die Deutsche Bahn fast zehn Jahre lang mit 232 Batteriezügen. Die Kapazität lag zwischen 350 und 550 Kilowattstunden und das Gewicht der Batterie zwischen 15 und 20 Tonnen. Bleibatterie eben! Die Reichweite lag bei beachtlichen 300 Kilometern.

Die heutigen Modelle können bis zu 200 km/h schnell sein, auch wenn die typische Einsatzgeschwindigkeit bei 140 km/h liegt. Die wesentliche Anwendung ist der Regionalverkehr und da sind die Geschwindigkeiten weniger hoch als bei der der Fernbahn.

Zwischendurch kann der Zug auf der Strecke per Oberleitung nachladen und sich aus Gleich- und Wechselstrom unterschiedlicher Spannungen bedienen. Falls nötig, kann ein kurzes Stück Oberleitung an einer Station aufgebaut werden, was sehr viel billiger als der vollständige Ausbau einer kompletten Strecke ist. Spezielle Ladestationen sind damit gänzlich überflüssig, denn die Oberleitung kann bis zu 15 Millionen Watt liefern – genug für 100 gleichzeitige Ladevorgänge für Elektroautos mit jeweils 150 kW Ladeleistung.

Für den Einsatz zwischen Stationen mit Oberleitung reichen 100 Kilometer Reichweite vollkommen aus und die notwendige Batterie kann relativ klein ausfallen. Dadurch ist der Zug deutlich leichter und günstiger, als wenn man Kapazität für einen ganzen Betriebstag mitschleppen müsste. Trotz höherer Geschwindigkeit und mehr Verbrauch für den Komfort der Kundschaft (Heizung, Klimatisierung) reichen 500 kWh Kapazität aus.

Dieser kurze Film zeigt das Konzept sehr anschaulich.

Statt der Lithium-Akkus können auch Brennstoffzellen zum Einsatz kommen, die mit Wasserstoff betrieben werden. Das ist derzeit allerdings noch die teurere Variante.

Die Technologien auf Straße und Schiene wachsen derzeit zusammen: Batterieelektrische Züge, Pkws und LKWs (vielleicht ebenfalls mit Zwischenladungen aus der Oberleitung) übernehmen die Rolle des Dieselantriebs und auch beim autonomen Fahren kommen zunehmen ähnliche Systeme zum Einsatz – doch das ist eine ganz andere Geschichte!

Wie viele Ladesäulen hat Deutschland? Teil 8

Wie viele Ladesäulen hat Deutschland? Teil 8

Bisherige Folgen:

Das erste Quartal des Jahres ist vorbei und die neue Ladesäulenliste der Bundesnetzagentur, datiert mit 1. April 2022, wurde veröffentlicht. Kein Aprilscherz!

Es gab im ersten Quartal 2022 einen durchaus nennenswerten Zuwachs von 5.855 Ladepunkten in Deutschland. Nach einem starken Januar (plus 2.741 Stück) und einem schwachen Februar (nur 995 zusätzliche Ladepunkte) konnte im März wieder aufgeholt werden (2.119 neue Ladepunkte).

Ladesäulenstatistik Q1 2022

Die AC-Ladepunkte nahmen um 11,6 Prozent zu, die DC-Ladepunkte um 12,6 Prozent. Der Ausbau der schnellen bzw. ultraschnellen Lademöglichkeiten ist derzeit recht gut unterwegs.

Bei so vielen positiven Beobachtungen gibt es aber auch eine Schattenseite: Gegenüber dem Masterplan Ladeinfrastruktur der Bundesregierung soll der Ausbaustand zu Jahresende 2022 100.000 Ladepunkte erreichen. Das hätte einen Zuwachs von 12.500 Ladepunkten im ersten Quartal 2022 erfordert, geschafft haben wir jedoch nur 5.855 Stück. Für das Ziel fehlen somit bereits mehr als 6.600 Ladepunkte, der Ausbau hätte mehr als doppelt so schnell erfolgen müssen.

Noch hat Tesla seine Ladesäulen für Fremdkunden in Deutschland nicht geöffnet, sie finden sich daher nicht in der Statistik. Mehr als 1.500 Ladepunkte wären damit ohnehin nicht gewonnen.

Natürlich ist es möglich, Ladepunkte bei der Bundesnetzagentur zu melden und der Veröffentlichung im Ladesäulenregister zu widersprechen. Nachdem ein Ladepunkt aber von E-AutonutzerInnen auch gefunden werden soll, kann das nicht für besonders viele Ladepunkte der Fall sein.

Wie man es dreht und wendet: Der Ausbau geht zu langsam und diese Tatsache wird bereits von einigen Marktteilnehmern genutzt, um die weitere Förderung von Plug-In-Hybriden zu fordern, obwohl Hybridautos vielfach zu einer Verschlechterung der Klimabilanz führen.

Andererseits: Die mehr als 620.000 KfW-Förderanträge für private Wallboxen sind noch nicht abgearbeitet und werden definitiv zu einer laufenden Entlastung der öffentlichen Ladeinfrastruktur beitragen. Dieser Effekt wird in den Vorhersagen über den Bedarf an Ladeinfrastruktur noch zu wenig berücksichtigt.

Zusätzlich drängen die steigenden Stromkosten an öffentlichen Lademöglichkeiten viele Kunden zum Laden zu Hause, weil der Hausstromtarif fast immer günstiger ist oder der Strom kostenlos vom Dach kommen kann.

Von den tausenden vorgesehenen Ladepunkten des Deutschlandnetzes wurde auch noch kein einziger Ladepunkt errichtet, während andere Anbieter ordentlich auf die Tube drücken und Elektroautos aufgrund der Liefersituation derzeit immer langsamer in Betrieb kommen.

Für das Ausrufen einer Ladekrise ist es also deutlich zu früh!


Bisherige Folgen:

Nicht leicht

Die Autoindustrie hat es derzeit nicht leicht: Fehlende elektronische Bauteile, Mangel bei Kabelbäumen, Personal im Corona-Krankenstand, steigende Energiepreise und noch vieles mehr.

Aber die Kunden haben es auch nicht leicht: Explodierende Lieferzeiten, eingeschränkte Auswahl bei Fahrzeugmodellen und Ausstattungsmerkmalen, Streichung von kostengünstigen Modellen, Bestellstopps, Preiserhöhungen.

Cupra Formentor in nicht bestellbarer Farbe

Trotzdem werden weiterhin in der Werbung viele Versprechungen gemacht. Im Bild wird ein Fahrzeugmodell mit einer Farbe gezeigt, die überhaupt nicht bestellt werden kann. Ist das schlau?

Für Käuferinnen und Käufer von Elektroautos ist das derzeit besonders bitter. Die Preisanstiege und Ausweitungen der Lieferzeiten sind besonders ausgeprägt. Die Aussichten auf volle Innovationsprämie schwinden, weil Lieferzeiten in diesem Jahr immer unwahrscheinlicher werden und die Regierungskoalition an der Prämienlandschaft schraubt.

Manche argumentieren, dass Förderungen von Elektroautos besonders angesichts der hohen Treibstoffpreise ohnehin eine Überförderung für die Vermögenden darstellt. Außerdem müsste man den Absatz eines Produkts nicht anregen, wenn dessen Nachfrage das Angebot mehrfach übersteigt.

Ob das tatsächlich so ist, wissen wir natürlich nicht so genau. Der Rest des Jahres bleibt jedenfalls spannend.

Auch jeden Fall: Schöne Ostern!