Entscheidungsgründe liegen möglicherweise näher als sie scheinen.
Sie betätigen einen Schalter und das Licht geht an. Doch wenn Sie Ihr Elektroauto aufladen, was passiert dann?

Diese Frage stellen sich Automobilhersteller, Versorgungsunternehmen, Städte- und Regionalplaner sowie immer mehr Verbraucher. Wer bekommt die Rechnung, wenn Sie Ihr Auto an Ihrem Arbeitsplatz aufladen? Wie werden die Versorgungsunternehmen diesem zusätzlichen Strombedarf gerecht? Und wie können wir es uns leisten, die Infrastruktur auszubauen, wenn die entsprechenden Autos noch gar nicht so weitverbreitet sind, oder die Autos zu verkaufen, wenn es die entsprechende Infrastruktur für deren Antrieb noch gar nicht gibt?

Hier eine Kurzübersicht über einige der Anforderungen, Herausforderungen, Chancen und Vorstellungen, die berücksichtigt werden müssen, damit der Bau von Elektrofahrzeugen Realität wird.

 

Sozio-industrielle Problemstellungen
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden beispielsweise in den USA mehr Fahrzeuge mit Strom als mit Benzin betrieben. Doch die Notwendigkeit, längere Strecken zurückzulegen, eine kostengünstigere Treibstoffquelle und eine zuverlässige Versorgungsinfrastruktur führten schon bald zum Siegeszug der benzinbetriebenen Verbrennungsmotoren. Ein Jahrhundert später sorgen einige neue Problemstellungen für eine Bewegung weg vom Benzin und hin zum Strom als ideale Antriebsquelle.

• Der Automobilsektor arbeitet an der Reduzierung der Kohlenstoffemission.
• Autobesitzer sind von den sich unberechenbar ändernden und stetig steigenden Mineralölpreisen betroffen.
• Nationen und Branchen sorgen sich um die Verfügbarkeit von Energiequellen und die Auswirkungen der Abhängigkeit von Öl auf die globale Sicherheit.
• Stromversorgungsunternehmen entwickeln alternative Stromquellen (z. B. Wind-, Solar- und geothermische Energie), haben jedoch keine Möglichkeit, die erzeugte „zusätzliche“ Energie in großem Umfang zu speichern.

Hier kommt das Elektrofahrzeug ins Spiel. Auch wenn sie kaum kohlenstoffneutral sind (auch bei der Automobilherstellung wird Kohlenstoffenergie verwendet und derzeit werden mit Kohlenstoffbrennstoffen zwei Drittel des Stroms weltweit generiert), würden Elektrofahrzeuge eine deutliche Abkehr vom Verbrennungsmotor bedeuten.

„In den letzten sechs Monaten ist das Thema E-Mobilität zu einem der häufigsten Themen bei unseren Gesprächen mit Energieversorgungsunternehmen geworden“, so Allan Schurr, IBM Vice President, Strategie und Entwicklung für die Energie- und Versorgungswirtschaft. „Diese Unternehmen müssen sich überlegen, welche Investitionen sie vornehmen möchten. Bei all unseren Gesprächen mit Kunden aus dem Bereich Energieversorgung kam dieses Thema auf den Tisch, auch wenn es nicht auf der Tagesordnung stand.“

 

 

Von kohlebetriebenen zu windbetriebenen Fahrzeugen
Eine landes- oder weltweite Flotte von Elektrofahrzeugen könnte über die Reduzierung des Benzinverbrauchs hinaus dazu beitragen, die Nutzung alternativer, kohlenstoffarmer Energiequellen zu fördern. Heute können viele erneuerbare Energiequellen, wie z. B. Solar- oder Windenergie, verwendet werden, um die traditionelle Stromerzeugung zu erweitern, jedoch nur, wenn die Sonne scheint oder der Wind weht. Ansonsten wird Strom heutzutage im Allgemeinen aus Kohle, Erdgas und Kernenergie gewonnen. (Die Kraftwerke der Welt benötigen für 40 Prozent des erzeugten Stroms Kohle, in den USA sind es sogar 50 Prozent). Unabhängig von der Quelle muss der erzeugte Strom häufig direkt zum Zeitpunkt seiner Erzeugung verwendet werden. Der Großteil der aktuellen Stromnetze kann nicht einfach von erneuerbaren Stromquellen auf herkömmliche Stromquellen und zurück schalten, ohne dass es beim Ein- und Ausschalten der Generatoren zu erheblichen Verlusten kommt.

Durch die Einführung von Elektrofahrzeugen auf breiter Ebene bekämen die Stromnetze zum ersten Mal die Möglichkeit, in wesentlichem Umfang Strom zu speichern. Wenn der Wind weht und die Sonne scheint, könnte der durch diese alternativen Quellen erzeugte Strom zum ersten Mal in Hunderttausenden von Batterien gespeichert werden.

Die Tatsache, dass diese Batterien sich größtenteils in Privatbesitz befinden, in Fahrzeugen montiert sind und erheblich voneinander abweichende Fahrtstrecken zwischen bestimmten Stand- und Aufladezeiten aufweisen, sorgt für interessante Herausforderungen, soviel ist sicher.

 

Herausforderungen
Früher nahm man an, dass Besitzer von Elektrofahrzeugen die Batterien über Nacht, wenn das Fahrzeug in der Garage steht, aufladen und diesen Stromverbrauch dann im Rahmen der monatlichen Stromrechnung bezahlen würden. Doch dieses Szenario hat einen Haken: Viele Menschen haben keine Garage oder nutzen sie nicht immer.

Für viele Menschen wäre es sinnvoller, ihre Fahrzeuge an einem zentraleren Ort aufzuladen, beispielsweise an ihrem Arbeitsplatz oder am Parkplatz vor dem Bahnhof. Doch auch dieses Szenario wirft Fragen auf: Wem wird dieser Stromverbrauch in Rechnung gestellt? Was passiert, wenn Sie sich außerhalb des Servicebereichs Ihres Stromversorgers bewegen, und wie bezahlen Sie für den verbrauchten Strom? Und wie können all diese Fahrzeuge tagsüber in einer Zeit, in der sowieso schon eine maximale Belastung des Stromnetzes stattfindet, aufgeladen werden, wenn man berücksichtigt, dass am Arbeitsplatz oder an Bahnhöfen noch eine räumliche Ballung entsteht?

Eine weitere Herausforderung ist die Batterie. Die meisten Hybridautomobile arbeiten derzeit mit Nickel-Hydrid-Batterien, also mit derselben Technologie, die in vielen Elektrogeräten zum Einsatz kommt. Bei Produkten der nächsten Generation entscheiden sich immer mehr Entwickler für Lithium-Ionen-Batterien, da sie bei geringer Größe und weniger Gewicht sogar noch mehr Leistung bringen und über eine höhere „Energiedichte“ verfügen, wie es im Jargon der Energieforscher heißt.

Doch selbst die Lithium-Ionen-Technologie kann nicht mit der Energiedichte des Benzins mithalten. Daher wird die Energiedichte von Batterien in den kommenden zehn Jahren erheblich verbessert werden müssen, damit ein Elektroautomobilsektor im großen Stil überhaupt entstehen kann.

Damit all dieser Strom für all diese Fahrzeuge bereitgestellt werden kann, müssen die herkömmlichen Stromnetze intelligenter werden und sowohl Daten als auch Energie senden und empfangen können. Versorgungsunternehmen haben bereits diesen Weg eingeschlagen, um Lastspitzen zu reduzieren, optimales Kohlenstoffmanagement zu erreichen und Kosten zu senken, und stellen bereits Pläne fertig und arbeiten in Normungsorganisationen mit, um sich auf die Stromzunahme, die Lastschwankungen und die Speichermobilität vorzubereiten, die eine neue weltweite Flotte von Elektrofahrzeugen mit sich bringen werden.

IBM arbeitet mit zahlreichen Versorgungsunternehmen, Automobilherstellern, Akademikern und Regierungen zusammen, um möglichst viele dieser Funktionen zu realisieren. Die Aktivitäten von IBM umfassen unter anderem folgende:

• Fahrzeugtelematik
• Integrierte Software
• Batterieleistung
• Netzsicherheit
• Roaming und Transaktionsmanagement
• Einbindung intelligenter Stromnetze
• Netzoptimierung
• Abrechnung erneuerbarer Energien
• Infrastrukturplanung

... sowie entsprechende Projekte im Zusammenhang mit intelligentem Verkehr, schlanker Produktion und Product-Life-Cycle-Management für Automobilhersteller und viele andere Projekte. Beispielsweise die Erforschung effizienterer Batterien.

IBM Forscher und ihre Kollegen in anderen Unternehmen und Organisationen (z. B. staatlichen Laboratorien) haben Pläne für die Entwicklung einer kommerziell realisierbaren Lithium-Luft-Batterie angekündigt. Eine solche Batterie würde mit Lithium, einem energiedichten und hochentzündlichen Metall, arbeiten, das mit dem Sauerstoff in der Luft reagiert.

Da diese Batterien Luft nutzen, die bei Bedarf in die Batterie gesaugt wird, und keinen zweiten Reaktionspartner in der Zelle unterbringen müssen, könnten Lithium-Luft-Batterien eine Energiedichte von über 5.000 Kilowattstunden (kWh) erreichen. Damit steht zehnmal mehr Energie zur Verfügung als bei den besten Lithium-Ionen-Batterien von heute und man nähert sich der Energiedichte des Benzins (13.200 kWh) an. In anderen Worten arbeitet IBM an der Entwicklung einer Batterietechnologie, mit der ein Elektrofahrzeug etwa 800 Kilometer mit einer einzigen Batterieladung zurücklegen kann.

Wie können wir das erreichen?
„Es wird Investitionen geben müssen“, so Allan Schurr, „aber auch Absprachen zwischen den verschiedenen Beteiligten, z. B. von Parkplatzbetreibern, Bahngesellschaften, Kommunalverwaltungen, Universitäten, Hotels, Kliniken und Arbeitgebern. Die Liste aller Orte, an denen Menschen ihre Autos für mehrere Stunden parken, ist lang. An diesen Orten müssen Ladestationen für Elektrofahrzeuge angeboten werden.“

Damit eine umfassende Nutzung von Elektrofahrzeugen und deren Service möglich ist, müssen sich noch einige Mosaikteilchen zusammenfügen. Hier sind Absprache und Koordination gefragt. „Wir stehen vor dem klassischen Problem von Huhn und Ei“, so Schurr. „Wenn es nicht genügend Nutzer und Fahrzeuge gibt, wird die Infrastruktur nicht gebaut. Und wenn die Infrastruktur nicht ausreicht, werden keine Fahrzeuge gekauft.“

Die Herausforderung ist groß. Doch Versorgungsunternehmen, Automobildesigner, Physiker, Materialforscher und Städte- und Regionenplaner arbeiten unterstützt von IBM zusammen, um diesen großen Schritt weg von den Verbrennungsmotoren hin zu den Elektromotoren zu koordinieren, zu synchronisieren und zu realisieren.

 

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