Noch ein paar Jahre und Elektroautos werden den Benzinfahrzeugen um nichts mehr nachstehen. Das reicht bis hin zu den Gesamtkosten der Nutzung (TCU) – und zwar ohne staatliche Intervention. Der Markt geht dann seinen eigenen Weg. Die Gesamtinvestition in die Produktion von Batterien bis 2023 beläuft sich auf rund 140 Milliarden Euro oder rund 18 Euro für jeden Einwohner der Erde. Nicht jeder Markt verändert sich so schnell wie dieser. Aber auch der Markt für Zwei- und Dreiradmärkte in Indien kann sich schnell ändern. Durch Batteriekosten und Leistungsverbesserungen kann sichergestellt werden, dass 2030 ein Marktanteil von 80 Prozent erreicht wird.
Immer billigere Batterien
Die Preise für das Laden von Batterien haben sich in den letzten zehn Jahren ziemlich schnell verändert. Investitionen in Forschung und Entwicklung führen zu niedrigeren Preisen und einer höheren Energiedichte. Das wiederum führt zu einer höheren Nachfrage und zu Folgeinvestitionen in Produktionsanlagen. Das macht die Batterien billiger und steigert die Nachfrage, wodurch sich der Zyklus schließt. Dieses sich selbst verstärkende System bildet die Grundlage für den Ubergang, der gaerade im Gange ist. Gleichzeitig ist die Zahl der Einsatzmöglichkeiten für Batterien sowie die Zahl der verfügbaren chemischen Zusammensetzungen beträchtlich.
Es gibt nicht keinen einzigen Batterietyp, der alle Anforderungen vollständig erfüllt. Die Energiedichte (Wh/l), der Temperaturbereich, die Kosten, der Preis, die spezifische Energie (Wh/kg), die Lebensdauer, die Sicherheit, die Schnellladefähigkeit und der Temperaturbereich bleiben wichtige Kompromisse. Die Verbindungen Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC) und Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium (NCA) schneiden bei Energiedichte und Kostenpreis gut ab. Weniger jedoch in Bezug auf Lebensdauer und Temperaturbereich.
Tesla verwendet NCA, das höhere Werte bei der spezifischen Energie erzielt als NMC, jedoch etwas weniger bei der Sicherheit. NMC wird von vielen „traditionellen” Automarken verwendet. Li-Eisenphosphat (LFP) und Li-Titanat (LTO) haben eine lange Lebensdauer – nur geht dies zu Lasten der spezifischen Energie und der Kosten. LFP wird unter anderem in Elektrobussen verwendet.
Tesla ist am weitesten entwickelt
Verbesserungen bei den Kathoden sind einer der Schlüssel zu Kosteneinsparungen, insbesondere was eine Reduzierung des Kobaltgehalts betrifft. Das erfordert erhebliche F&E-Investitionen und birgt ähnliche technologische Risiken wie andere neue Batteriechemikalien. Wenn es um Automodelle geht, ist Tesla in dieser Hinsicht am weitesten fortgeschritten.
Ab 2025 werden sich neue Marktchancen für andere Batterietechnologien ergeben, die sich den kommerziellen Preisen annähern. Solid-State kann dabei helfen, billigere Materialien wie Zink, Aluminium und Schwefel zu verwenden, wodurch Batteriepreise von 30 bis 40 $/kWh realisierbar sind. Mehrere Festkörperunternehmen planen ihre ersten EVs für das Jahr 2024-2025. Mit Festkörperbatterien in Autos ist eine Reichweite von mehr als 1.000 km möglich, falls wir das wollen.
Auch Elektrobusse und Lastwagen werden von diesen Entwicklungen profitieren. Man kann davon ausgehen, dass Elektrobusse bis 2030 60% und bis 2040 80% des weltweiten Marktes für Stadtbusse ausmachen werden. Branchenanalysten schätzen, dass EVs bis 2030 8 %, 12 % bzw. 27 % der schweren, mittleren und leichten Nutzfahrzeugflotten ausmachen werden. Das Jahr 2030 ist jedoch noch weit entfernt, und die Umweltgesetzgebung verändert sich schnell.
Luftfahrt als größte Herausforderung
Die größte Herausforderung bei der Elektrifizierung stellt die Luftfahrt dar. Sie ist von erheblicher Bedeutung, da sich die Emissionen in diesem Sektor ohne weitere Eingriffe bis 2050 verdreifachen dürften. Norwegen hat sich verpflichtet, bis spätestens 2040 alle Kurzstreckenflüge zu elektrifizieren. Diese Art von Flügen mit weniger als drei Stunden Reisezeit machen mehr als 75% aller Flüge weltweit aus. Vorerst müssen wir mit synthetischem Kerosin oder Wasserstoff ins Silicon Valley kommen, es sei denn, die Lithium-Luft-Batterie erblickt ebenfalls das Licht der Welt. Der theoretische Energiewert der Lithium-Luft-Batterie ist annähernd wie der von Kerosin. Kurz gesagt, wenn alle Probleme mit Lithium-Luft gelöst werden, wie z.B. die kurze Lebensdauer, die langsame Aufladung und die Instabilität (nicht praktisch in einem Flugzeug), gäbe es keinen Grund mehr sich zu schämen, wenn man in ein Flugzeug steigt.
Über diese Kolumne:
In einer wöchentlichen Kolumne, die abwechselnd von Maarten Steinbuch, Mary Fiers, Peter de Kock, Eveline van Zeeland, Lucien Engelen, Tessie Hartjes, Jan Wouters, Katleen Gabriels und Auke Hoekstra geschrieben wird, versucht Innovation Origins herauszufinden, wie die Zukunft aussehen wird. Diese Kolumnisten, gelegentlich ergänzt durch Gast-Blogger, arbeiten alle auf ihre Weise an Lösungen für die Probleme unserer Zeit. Damit es morgen besser wird. Hier sind alle vorherigen Episoden.
