Auch im Verkehr wird gerade eine Energiewende angestrebt:
Antriebsenergien aus erneuerbaren Quellen und elektrische Antriebe
versprechen eine nachhaltige Mobilität. Doch wie bewegen wir uns im
Jahr 2030 wirklich fort? Welche Fahrzeugkonzepte werden dabei eine
Rolle spielen? Und wie muss sich Mobilität in urbanen Räumen wandeln,
um effektiv und nachhaltig zu sein? Verbunden mit einem effizienten
Energienetz können Elektrifizierung, Automatisierung und
Digitalisierung neue Ansätze zur Verfügung stellen, um die
zukünftigen Herausforderungen zu bewältigen. Wie die Zukunftskonzepte
auch aussehen mögen, das bedeutende Funktionsmetall Kupfer wird dabei
immer eine wesentliche Rolle spielen – bei den Antrieben, den
Energiespeichern und der Leistungselektronik ebenso wie beim Ausbau
des Infrastrukturnetzes. Das bestätigte jetzt auch eine
Expertenrunde, die sich auf Einladung des Deutschen Kupferinstituts
mit diesem Thema beschäftigte.
Die zunehmende Verschärfung der CO2-Grenzwerte für Pkw in Europa
stellt Fahrzeughersteller vor die Herausforderung, effizientere
Fahrzeugantriebe zu entwickeln und zu vermarkten. Es gilt zudem, ein
erschwingliches Preisniveau in der Elektromobilität zu erreichen. Der
Kaufpreis von Elektrofahrzeugen muss billiger, die Reichweiten durch
die Entwicklung z.B. der Lithium-Ionen-Batterie erhöht werden. Der
Aufbau entsprechender Infrastrukturen ist eine weitere wichtige
Voraussetzung. Nur so kann der Marktanteil von gerade mal rund 32.000
angemeldeten Elektroautos in Deutschland merklich erhöht werden.
Megatrends bestimmen automobile Zukunft
„Die Megatrends „Umweltschutz“, „Urbanisierung“ und „kultureller
Wandel“ führen zu veränderten Zielsetzungen für die Kraftfahrzeuge
der Zukunft“ erläuterte Ingo Olschewski von der
Forschungsgesellschaft Kraftfahrtwesen in Aachen (FKA) die
Ausgangssituation für die Automobilbranche. „Die EU möchte die
durchschnittlichen CO2-Emissionen von neuen Kraftfahrzeugen
signifikant reduzieren. Technologisch ist dies mit einer Reihe von
Maßnahmen (konventionelle Optimierung bis batterieelektrische
Fahrzeuge) möglich. Die größte Herausforderung liegt in der
wirtschaftlichen Darstellung der neuen Technologien für den
Endkunden. Weiterhin gilt langfristig das Ziel, die Anzahl der
Unfalltoten und im Verkehr schwer verletzten Personen bis auf 0 zu
reduzieren.“
In zahlreichen Studien hat das FKA festgestellt, dass die
fahrzeuginterne Vernetzung sich zunehmend zu einer Vernetzung des
gesamten Verkehrs entwickelt. Zukünftig werden sich durch die
Vernetzung neue Mobilitätsangebote ergeben, welche die Nutzung von
Fahrzeugen in den Vordergrund stellen. Neben der Sicherheit / FAS
werden das Entertainment und Internetanwendungen die weitere
Vernetzung vorantreiben.
Schlüsseltechnologien weiterentwickeln
Dazu Dr. Klaus Bonhoff, Geschäftsführer der Nationalen
Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW): „Für
das Autoland Deutschland hat die Entwicklung der Elektromobilität
einen hohen industriepolitischen Hintergrund. Die Nutzung
erneuerbarer Energien im Kraftstoffsektor sowie die Verwendung
hocheffizienter elektrischer Antriebe im Fahrzeug sind notwendig, um
die ambitionierten Klima- und Effizienz-Ziele des Verkehrssektors zu
erreichen. Batterie-, Wasserstoff- und Brennstoffcelletechnologien
sind hierfür Schlüsseltechnologien; sie können einen entscheidenden
Beitrag zum 2-Grad-Szenario der internationalen Gemeinschaft
leisten.“ Denn die Verwendung von erneuerbarem Strom im Verkehr –
direkt in Batteriefahrzeugen oder indirekt als Wasserstoff aus der
Elektrolyse für Brennstoffzellenfahrzeuge oder die weitere Verwendung
des erneuerbaren Wasserstoffs in Power-to-x-Anwendungen – ist laut
NOW auch noch netzdienlich und unterstützt somit die Stromwende.
Bonhoff: „Um die Alltagstauglichkeit von Wasserstoff als Kraftstoff
nachzuweisen, führt NOW das Projekt „Clean Energy Partnership“ (CEP)“
durch – mit einer Brennstoffzellen-Pkw-Flotte, die aus mehr als 100
Demonstrations-fahrzeugen besteht, für die es Wasserstofftankstellen
u.a. in Berlin, Hamburg, Düsseldorf, Stuttgart und München gibt.“
Keine Mobilität ohne Kupfer
Wie auch bei anderen Antriebsarten ist die Entwicklung der
Batterietechnologie eng mit dem Einsatz von Kupfer verbunden. Dazu
Dr. Anton Klassert, Geschäftsführer des Deutschen Kupferinstituts in
Düsseldorf: „Schon allein der Lithium-Ionen-Akkumulator besteht zu
rund 18% aus Kupfer, da stets die Kathode aus Aluminium und die Anode
aus Kupfer als Trägermaterial aufgebaut werden. Mindestens ein
Antriebsmotor und ein Umrichter tragen das ihre dazu bei, dass sich
in einem solchen Fahrzeug gut und gerne dreimal so viel Kupfer findet
wie in einem konventionellen mit Verbrennungsmotor – nämlich rund 25
kg im durchschnittlichen Benziner-Mittelklassefahrzeug. „Für die
Zukunft rechnen wir hier sogar mit bis zu 40 kg, da durch den Wunsch
nach mehr Komfort viele kleine Elektromotoren benötigt werden, die
Kupfer brauchen“, so Klassert weiter. Der höchste Kupferanteil beim
Fahrzeug mit Verbrennungsmotor entfällt dabei aber nach wie vor mit
44 – 50 Prozent auf den Kabelbaum. Anders sieht es beim E-Auto aus:
„Die größte Zunahme des Kupfergewichts ist im Bereich der bei
elektrifizierten Fahrzeugen neu hinzukommenden Komponenten –
Antriebsenergiespeicher, Elektromotor, Hochvoltbordnetz,
Leistungs-elektronik etc. – zu erwarten.“ Bei einem Plug-in-Hybrid
können das in der Mittelklasse bis über 73 kg Kupfer sein, während
das E-Auto knapp darunter liegt.
Es ist genug Kupfer da
Trotzdem braucht man sich keine Sorgen darüber zu machen, ob die
durch die Elektromobilität erhöhte Nachfrage nach dem Funktionsmetall
gedeckt werden kann: Laut der der USGS, der US-amerikanische United
States Geological Survey wurden im Jahr 2013 die weltweiten Reserven
mit ca. 680 Mio. t Kupfer angegeben. Dies sind definitionsgemäß die
zu heutigen Preisen und mit heutiger Technik wirtschaftlich
gewinnbaren Anteile an den Vorräten. Die Ressourcen, also die
Vorräte, die zurzeit nicht wirtschaftlich gewinnbar sind, jedoch zur
Verfügung stehen würden, belaufen sich nach USGS sogar auf über 3.000
Millionen Tonnen. Klassert dazu: „Die Menge der Kupferressourcen
berücksichtigt aber noch nicht die enormen Mengen an
Kupferlagerstätten, die in Tiefseeknollen und massiv-sulfidischen
Lagerstätten gefunden wurden. Durch laufende und zukünftige
Explorationsmöglichkeiten wird sich die Zahl der Reserven und
bekannten Ressourcen weiter erhöhen. Wer also beim Ausbau der
Elektromobilität auf Kupfer setzt, geht kein Risiko ein.“ Der Ausbau
der Elektromobilität hängt allerdings nicht nur von der
Weiterentwicklung alternativer Antriebssystem ab – ein wichtiger
Baustein ist auch die Netzintegration von Energieerzeugung auf Basis
erneuerbarer Energien sowie die Entwicklung von Smart Grids,
Batteriesystemen und energieeffizienter Leistungselektronik für
stationäre und mobile Anwendungen ein Bereich, mit dem sich das
Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg
intensiv beschäftigt.
Schnittstelle Elektrofahrzeug und Netz
„Unser Schwerpunkt liegt auf der Forschung und Entwicklung im
Bereich Energiesysteme auf Basis erneuerbarer Energien“, erläutert
Dr. Günther Ebert, Leiter Bereich Elektrische Energiesysteme am ISE,
die Tätigkeiten seines Instituts. „Im Bereich der Elektromobilität
beschäftigen wir uns insbesondere mit Fragestellungen an der
Schnittstelle zwischen Elektrofahrzeug und Netz. Schwerpunkte sind
die Entwicklung innovativer und energieeffiziente Ladetechnik, sowohl
kabelgebunden als auch induktiv. Wir arbeiten aber auch daran die
Beladung der Elektrofahrzeuge möglichst netzfreundlich zu gestalten
und auch an der Rückspeisung der Energie aus dem Fahrzeug ins Netz,
um die Fahrzeugbatterie in Zukunft auch als Puffer verwenden zu
können. Auch die dafür nötige Kommunikation zwischen Fahrzeug und
Netz bzw. dem Energieversorger ist ein wichtiges Thema.“
Auch hier kann Kupfer laut Dr. Klassert punkten: „Generell ist
Kupfer bei der Energiewende ein ebenso wichtiges Element wie im
Bereich der erneuerbaren Energien. Eine hohe Leitfähigkeit und seine
hervorragenden Korrosionseigenschaften prädestinieren den Werkstoff
auch hier für viele Einsatzbereiche. So ist Kupfer natürlich auch ein
Bestandteil von Stromtankstellen, ob solar oder konventionell. Und
auch in der automobilen Kommunikationstechnik bzw. der Kommunikation
zwischen Fahrzeug und Netz ist das Material wie in anderen Bereichen
der Datenübertragung zu finden.“
Die Diskussion mit den Experten bestätigte einmal mehr, dass
Kupfer seine Berechtigung als wichtiges Funktionsmetall beim Ausbau
der Elektromobilität und den entsprechenden Netzen hat. Das Deutsche
Kupferinstitut wird in zahlreichen internen und externen Projekten in
Zusammenarbeit mit Industrie und Forschung das Thema intensiv
weiterverfolgen. Klassert abschließend: „Es liegt noch viel Arbeit
vor uns, aber ich bin sicher, die Weiterentwicklung der
Elektromobilität bzw. alternativer Antriebe braucht Kupfer.“
Pressekontakt:
Birgit Schmitz M.A.
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