Forschungsprojekt: Wechsel-Akku vs. Integriertes Batteriepack

Das Projekt „KreislaufAkkus“ vergleicht Wechselakkusysteme mit vollintegrierten Batteriesystemen.

E-Fahrzeug in die Box gefahren, der Akku wird vollautomatisiert gewechselt, und weiter geht´s mit vollem Batteriepack.| Foto: Nio
E-Fahrzeug in die Box gefahren, der Akku wird vollautomatisiert gewechselt, und weiter geht´s mit vollem Batteriepack.| Foto: Nio
Thomas Kanzler

Beim Forschungsprojekt der RWTH Aachen und des Instituts für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) sollen die ökologische Wirkung und Kreislaufeigenschaften sowie soziale und ökonomische Aspekte der verschiedenen Ladeinfrastrukturen eruiert werden.

„Batterien werden aus wertvollen Ressourcen hergestellt. Daher ist es hochrelevant, die Ressourcen effizient einzusetzen, Komponenten lange im System zu halten und die Rohstoffe nach der Nutzung durch Recycling wieder in den Kreislauf zurückzuführen“, erklärt Energieexperte Jan Wiesenthal vom IÖW, „der Markt für Elektrofahrzeuge wird in den nächsten Jahren stark wachsen. Daher braucht es jetzt Antworten auf die Frage, welches Batteriesystem am besten zu den drängenden Zielen der Energie- und Ressourcenwende passt. Denn daraus ergeben sich grundlegende Richtungsentscheidungen für den Aufbau der Ladeinfrastruktur.“

Integrierte Batterien und das Ladenetz

Laut Wiesenthal müsse in allen Phasen des Batterielebens eine Weiter- oder Wiederverwendung mitgedacht und Batterien schon bei der Herstellung entsprechend konzipiert werden. Derzeit gibt es fast nur E-Fahrzeuge mit fest verbauten Akku-Packs, die an Ladesäulen geladen werden müssen. Es ist noch nicht hinreichend geklärt, wie Menschen in hochverdichteten Städten ohne eigene Wallbox ausreichend Lademöglichkeiten vorfinden. Oder wie dicht das Ladesäulennetz im ländlichen Bereich sein muss, um einerseits genügend Lademöglichkeiten vorzuhalten und andererseits wirtschaftlich betreibbar bleibt. Die Angst vieler Autofahrer, beim Stromer nicht genügend Reichweite zu haben, ist vor allem in Deutschland ausgeprägt. Zudem braucht es Konzepte, die das Stromnetz vor Überlastung schützen und intelligent laden können.

Lösung Wechsel-Akku?

Der Wechsel-Akku bietet den Vorteil, schnell entnommen und durch eine geladene Batterie ersetzt werden zu können. Ladezeit und tatsächliche Nutzung des Fahrzeugs können voneinander entkoppelt und das Stromnetz so entlastet werden. Tauschbare Akkus können auch für die Ressourceneffizienz einen positiven Effekt haben, denn ihre Lebensdauer ließe sich durch ein gesteuertes und schonenderes Laden erhöhen. Ein weiterer Vorteil wäre die Entkoppelung der Lebensdauer des Fahrzeugs vom Stromspeicher.

Bereits 2007 erste Wechsel-Akku-Konzepte

Erste Anläufe für solche Wechselstationen scheiterten jedoch. Das israelische Start-up Better Place wurde 2007 von Ex-SAP-Manager Shai Agassi gegründet. Das Unternehmen leistete Pionierarbeit beim automatischen Austausch von E-Auto-Akkus. Renault hatte dazu die damalige E-Version der Kompakt-Limousine Fluence für die Batteriewechsel-Stationen ausgelegt. Better Place musste 2013 Insolvenz anmelden, da das Interesse an dem Tausch-System ausblieb. Sogar Tesla experimentierte zwischenzeitlich mit der Technologie und errichtete einige Pilotstationen in Kalifornien. Das Konzept wurde aber mangels Kundeninteresse eingestellt.

China setzt den Standard

Im Juni 2021 waren in China bereits 716 Wechselstationen in Betrieb. Bereits im April 2020 haben Regierungsbehörden mitgeteilt, dass Elektroautos über einer Preisgrenze von 300.000 Yuan (rund 42.000 US-Dollar) nicht mehr unter das staatliche Prämienprogramm fallen. Ausnahmen gebe es nur für Fahrzeuge mit austauschbaren Batterien. Im Mai 2020 hatte Chinas Regierung Batteriewechselstationen in den "Neuen Infrastrukturplan" aufgenommen. Nahezu alle chinesischen Autobauer arbeiten daran, ihre Elektroautos auf das Batteriewechselsystem auszurichten. China setzt so mit seiner Marktmacht den Industriestandard.

Interesse in Europa an Wechsel-System gering

Die großen Hersteller in Europa und der USA setzen auf das Schnellladen. Die Autobauer haben ebenso wenig Interesse daran, ein Batteriewechselgeschäft aufzubauen, wie Stromkonzerne, Stadtwerke und Mineralölgesellschaften. Zudem werden die Ladezeiten immer kürzer und Schnellladevorgänge sind in weniger als 20 Minuten möglich. Die Plattformen der Fahrzeuge sind nicht auf ein Wechsel-System ausgelegt und der festverbaute Stromspeicher trägt bei vielen Stromern zur integralen Sicherheit bei.

Studie forscht ergebnisoffen

„Damit Wirtschaft und Politik diese wegweisenden Richtungsentscheidungen treffen können, muss nun wissenschaftlich fundiertes Orientierungswissen geschaffen werden, das aufzeigt, wie die Rohstoffe von Akkus in einem Ressourcenkreislauf geführt werden können und wie die Systeme dafür designt sein müssen“, betont Wiesenthal „hierfür vergleicht und bewertet das Projekt ‚KreislaufAkkus‘ mit enger Einbeziehung von Praxisakteuren und unter Berücksichtigung sozialer Aspekte vollintegrierte und Wechselakkusysteme hinsichtlich ihrer ökologischen Wirkungen, Ressourcenintensität und Kreislaufeigenschaften sowie technischer und ökonomischer Umsetzbarkeit.“

Was bedeutet das?

Chinas staatliche Behörde für Marktregulierung hat den Nationalen Standard bei Batteriewechsel bei Elektrofahrzeugen mit den chinesischen Autobauern standardisiert. Für die westlichen Autobauer ist die Batterie ein Differenzierungsmerkmal im Wettbewerb, eine Einheitsbatterie ist hier nicht in Sicht. Ob das Wechsel-System in Europa eine Zukunft hat, ist mehr als fraglich. Das Interesse der Auto-Firmen hält sich in Grenzen.

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