Technologie vor 401 Tagen

Volle kW in die Sackgasse

Zukünftig heißt es: Laden oder Tanken? Scheideweg der Elektromobilität

Opener

Elektroautos verkaufen sich nicht wie warme Semmel, kaum einer will ein E-Fahrzeug haben: Hohe Anschaffungs- und Unterhaltskosten, zu lange Ladezeiten, zu geringe Reichweite und außerdem zu wenige Lademöglichkeiten.

Hersteller, die in die Entwicklung von herkömmlichen Elektroautos investieren, agieren aus Zweckoptimismus. Für sie ist Elektromobilität längst noch keine ausgemachte Sache. Bislang hat kein Hersteller die technischen Schwierigkeiten in Verbindung mit den batteriebetriebenen Stromern wie die zu langen Batterie-Ladezeiten und die zu kurzen Reichweiten in den Griff bekommen. Doch fehlt ohnehin fast überall auf der Welt noch eine entsprechende Elektrotankstellen-Infrastruktur. Selbst wenn man eine Ladestation gefunden hat, ist nicht sicher, ob das eigene Ladesystem auch kompatibel ist. Obschon Milliarden an Steuergeldern für den Ausbau der Elektro-Infrastruktur verplant werden, handeln Regierungen bei der Umsetzung noch äußerst träge. Staatlich geförderte Kaufanreize für Elektroautos sind daher eher symbolisch als pragmatisch. Der Elektrofahrzeugbauer Tesla Motors setzt daher auf hausgemachte Lösungen und will flächendeckend ein eigenes Ladenetz aufziehen. Dies zeigt wie konzept- und strategielos Elektromobilität derzeit betrieben wird.

Tesla Supercharger (Bild: Tesla Motors)

Wer stellt sich eigentlich die Fragen: Brauchen wir Zuschüsse in Milliardenhöhe (Steuergelder), um Forschung zu unterstützen, die Elektromobilität in die Sackgasse führt? Wieso gibt es milliardenschwere Subventionen (Steuergelder) für Hersteller, um Elektrofahrzeuge zu entwickeln, die aufgrund ihres Konzepts keiner fahren möchte? Brauchen wir weitere Milliarden-Investitionen (Steuergelder) in eine Elektroinfrastruktur für Fahrzeuge, deren Technologie bereits heute veraltet ist? Geht es nicht auch anders?

nanoFlowcell hat darauf eine einfache Antwort: „Ja, Elektromobilität lässt sich weniger kompliziert und zu geringeren Kosten und zudem noch verbraucher- und umweltfreundlicher umsetzen“, urteilt Nunzio La Vecchia, Chief Technology Officer der nanoFlowcell Holdings Ltd und Erfinder der gleichnamigen Energiespeichertechnologie nanoFlowcell. „Meine Vision einer zukünftigen Elektromobilität setzt dort an, wo derzeit alle alternativen Technologieansprüche ins Stocken geraten. Aufgrund technischer Unzulänglichkeiten droht die Idee der nachhaltigen Elektromobilität zu kippen. Verbraucher sind es leid, dass Anspruch und Versprechen, der Wirklichkeit weit hinterherhinken. Das dürfen wir nicht zulassen. Mit unserer alternativen Antriebs- und Energiespeichertechnologie nanoFlowcell lassen sich die Herausforderungen moderner Elektromobilität begegnen.“

Eine wichtige Frage die sich im Zusammenhang mit dem Ausbau der Elektromobilität stellt ist, was kann nanoFlowcell anders machen?

Für die technologische Betrachtung der auf Flusszellentechnologie basierenden nanoFlowcell verweisen wir an dieser Stelle auf die technischen Informationen der nanoFlowcell Holdings Ltd. Wir wollen hier aber die Infrastrukturprobleme der Elektromobilität aufgreifen und anhand eines alternativen Szenarios aufzeigen, wie eine Win-Win-Situation für Verbraucher, Hersteller, Umwelt und Gesellschaft erreicht werden kann.

QUANTiNO mit nanoFlowcell-Antrieb (Bild: NFC)

Elektrofahrzeuge mit nanoFlowcell-Antrieb fahren wie herkömmliche Elektrofahrzeuge und gleichzeitig wie Fahrzeuge mit traditionellem Verbrennungsmotor. Wie das? Das Grundkonzept eines Elektrofahrzeugs wird beibehalten, lediglich die Energiequelle ändert sich. An Stelle eines sperrigen und mit durchschnittlich 700kg recht schweren Lithium-Ionen-Batteriepacks tritt die nanoFlowcell von der Größe einer Schuhbox sowie zwei Treibstofftanks, die rund 150 Liter der Elektrolytflüssigkeit bi-ION fassen. Denn analog zu einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor braucht die nanoFlowcell Treibstoff. In diesem Fall sind das Elektrolyte - positiv und negativ geladene Elektrolytflüssigkeiten, die innerhalb der nanoFlowcell reagieren und dabei Elektrizität freisetzen. Anders als herkömmlicher Treibstoff wie Benzin, Diesel oder Gas ist die Elektrolytflüssigkeit bi-ION weder explosiv noch brennbar, weder schädlich für die Gesundheit noch für die Umwelt. Die verbrauchte Flüssigkeit wird während der Fahrt zerstäubt und stellt dabei weder ein Gesundheits- noch Umweltrisiko dar. Während der Fahrt leert sich der Tank eines nanoFlowcell-Elektrofahrzeugs und kann ähnlich wie bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor nachgetankt werden.

Im Gegensatz zu fossilen Kraftstoffen wird die Elektrolytlösung bi-ION nicht nur in einigen wenigen Ländern gefördert und raffiniert, sondern kann theoretisch überall auf der Welt (entsprechende Produktionsanlagen vorausgesetzt) quasi vor Ort hergestellt werden. Das Prinzip der dezentralen Produktion durch Franchisenehmer ist nicht erst seit Coca-Cola bekannt.

Tanklaster mit bi-ION Logo (Bild: NFC)

Wie erfolgt der Vertrieb der Elektrolytflüssigkeit bi-ION? Aufgrund ihrer Produkteigenschaften sind bi-ION Elektrolyte keine Gefahrengüter. Herstellung, Transport und Vertrieb sind daher ohne komplizierte Auflagen möglich. Vom lokalen Produktionsstandort kann bi-ION in Tankwagen an das bereits bestehende Tankstellennetz ausgeliefert und von dort vertrieben werden. Anders als bei der derzeitigen Planung für herkömmliche Elektroladestationen, würden bei dem Szenario "nanoFlowcell" herkömmliche Tankstellen nicht ersetzt und Tankstellenbedienstete arbeitslos, sondern bestehende Systeme genutzt und zukunftsfähig gemacht werden. Die heute bestehende Tankstellen-Infrastruktur wird für Elektromobilität nutzbar gemacht.

Dort wo bislang Diesel, Benzin und E10 getankt wird, kann zukünftig - mit einigen Anpassungen an die technischen Gegebenheiten - bi-ION getankt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Betankung mit bi-ION lediglich eine passende Tanköffnung voraussetzt, ähnlich wie bei benzin- oder dieselbetriebenen Fahrzeugen. Die aktuell geplanten Elektroladestationen hingegen kämpfen mit Ladestandardisierungen beziehungsweise multiplen Ladesystemen für die je nach Hersteller unterschiedlichen Batteriesysteme und Batterieladekonzepte.

Kostenseitig stellen sich die zwei unterschiedlichen Elektromobilitätsszenarien folgendermaßen dar.

Derzeit sind für die Ladung der Lithium-Ionen-Batterien in den Elektrofahrzeugen Hausladestationen wie auch öffentliche Ladestationen verfügbar. Eine Hausladestation kostet zwischen € 500 und € 2.500. Hinzu kommen anteilsmäßige Kosten von € 250 bis € 1.000 pro Elektrofahrzeug an den öffentlichen Ladestationen. Die gesamte Elektroinfrastruktur pro Elektrofahrzeug beläuft sich somit auf € 750 bis € 3.500. Jetzt könnte man anführen, dass je mehr Elektroautos auf unseren Straßen fahren, desto geringer werden diese Infrastrukturkosten. Dies stimmt aber nur bedingt, denn dann müsste auch das lokale Stromversorgungsnetz ausgebaut werden, um mit dem wachsenden Stromverbrauch mithalten zu können. Wenn abends ein gesamtes Mehrfamilienhaus seine Elektroautos an die Ladestationen hängen möchte, dann wäre das derzeitige Netz überfordert. (weitere Informationen hierzu in "Transitions to Alternative Vehicles and Fuels", National Academies Press, 2013)

Übersicht Netzspannung, Ladezeit und Reichweite

Eine Level 1 120V, 20A Ladestation für den Hausgebrauch - eine Netzspannung von 120 V ist vor allem in Nord-und Südamerika gängig - braucht 29 Stunden um ein Elektrofahrzeug mit einer Reichweite von 240 Kilometern zu beladen und bis zu 77 Stunden für ein Elektrofahrzeug mit einer Reichweite von 480 Kilometern. Ladestationen mit einer Spannung von 240V und 40A bräuchten hierzu 7 bis 19 Stunden. Kürzere Ladezeiten bedeuten kürzere Reichweiten. (>)

Mit einer kommerziellen Ladestation sind kürzere Ladezeiten möglich, von 1 bis 2,5 Stunden bei 60 kW oder aber von 24 Minuten bis 1 Stunde bei 150 kW (Tesla). Allerdings kosten diese leistungsstarken Ladestationen zwischen € 25.000 und €50.000. Dabei ist aber zu bedenken, dass moderne Lithium-Ionen-Batterien derart hohe Ladeströme nicht ohne Schaden verkraften und sich ihre Lebensdauer dadurch drastisch verkürzt. Derzeit bevorzugen alle Elektromobilitätsszenarien den Einsatz von Schnellladestationen zu Ungunsten einer längeren Batterielebensdauer. Denn selbst Theoretiker wissen, dass man elektromobilfreudige Verbraucher nicht von der Elektromobilität überzeugen wird, wenn man ihnen vorrechnet, dass sie für eine vierstündige Fahrt von 400 Kilometern zusätzliche 14 Stunden für Tankstopps einplanen müssen.

Ist Elektromobilität eine endlose Reihe von Kompromissen?

bi-ION Zapfsäule mit doppelläufiger Zapfpistole (Bild: NFC)

Die Tankinfrastruktur für bi-ION ist im Gegensatz zur Ladeinfrastruktur für Lithium-Ionen-Batterien erheblich leichter, schneller und kostengünstiger aufzubauen; sie beträgt nur einen Bruchteil der Infrastrukturkosten derzeitiger Elektromobilitätsszenarien. Tankstellen müssten einzelne Zapfsäulen umrüsten, denn für die Betankung von nanoFlowcell-angetriebenen Elektrofahrzeugen benötigt man eine Zapfpistole mit Doppelschlauch, mit der zwei Flüssigkeiten gleichzeitig getankt werden können - eine positiv und eine negativ geladene Elektrolytflüssigkeit. Die eigentlichen bi-ION Vorratstanks könnte den einzelnen Diesel- oder Benzintank unter der Erde ersetzen oder aber auch überirdisch positioniert werden. Umgerechnet auf die Anzahl der nanoFlowcell-Fahrzeuge, die pro Tag an einer bi-ION Zapfsäule abgefertigt werden können, betragen die Investitionen für die Umrüstung der Zapfsäulen letztendlich nur noch wenige Euro-Cent. Für den Neubau einer reinen bi-ION Tankstelle rechnet man mit Investitionen ähnlich wie bei herkömmlichen Tankstellen. Simon Árpád Funke und Martin Wietschel haben in ihrem Arbeitspapier "Bewertung des Aufbaus einer Ladeinfrastruktur für eine Redox-Flow-Batterie-basierte Elektromobilität" (>) eine mögliche Kostenrechnung für eine Elektrolyttankstelle aufgestellt. Die Kostenstruktur für eine bi-ION Tankstelle unterscheidet sich deutlich von dieser Modellrechnung, da die technischen Möglichkeiten in Verbindung mit der nanoFlowcell und der bi-ION Elektrolytlösung erheblich von den Annahmen der Autoren abweichen. Die nanoFlowcell Holdings Ltd geht in der ersten Phase der Markteinführung lediglich von der Umrüstung einzelner Zapfsäulen aus.

Für Verbraucher wie für die Tankstellenbetreiber ist es wichtig - wenn auch aus unterschiedlichen Beweggründen - dass der Betankungsvorgang eines nanoFlowcell-angetriebenen Stromers weitaus weniger langwierig als das Beladen eines Lithium-Ionen-Elektrofahrzeugs ist und mit 4 bis 5 Minuten der Dauer eines Tankvorgangs bei einem herkömmlichen Fahrzeug mit Verbrennungsmotor entspricht.

Zusätzlich zu den öffentlichen bi-ION Tankstellen ist auch eine häusliche Versorgung mit bi-ION möglich. Der bisherige Erdöltank könnte durch einen bi-ION Tank ersetzt werden. Bei netzautarken Gebäuden versorgt die nanoFlowcell die häusliche Elektroinfrastruktur, beispielsweise um Spitzenverbräuchen abzufangen, wenn die Versorgung mit Sonnen- oder Windenergie nicht ausreicht. Gleichzeitig dient der bi-ION Tank als hauseigene Tankstelle für das nanoFlowcell-betriebene Elektrofahrzeug.

Da keine kostenintensiven Umwelt- oder Sicherheitsauflagen den Vertrieb von bi-ION regulieren, ist ein Vertrieb an verkehrsgünstigen Knotenpunkten wie Supermärkten, Einkaufszentren oder Freizeiteinrichtungen ebenfalls möglich.

Für die flächendeckende Verbreitung einer nanoFlowcell-basierten Elektromobilität sind keine Kaufprämien, steuerfinanzierte staatliche Investitionen oder eine höhere Kompromissbereitschaft des Verbrauchers notwendig. Technologien wie nanoFlowcell erfordern lediglich ein Umdenken in Industrie und Politik. Auch wenn der aktuelle Ansatz in der Elektromobilität bereits Milliarden verschlungen hat, müssen nun endlich auch die bestehenden - und weitaus erfolgversprechenderen - Alternativen in Betracht gezogen werden. Denn der konzeptlose Aktionismus wie er vielerorts zu sehen ist, verliert wichtige Tatsachen aus den Augen, redet andere schön und manövriert Elektromobilität dabei immer tiefer in eine Sackgasse. Fest steht: die Zukunft lässt sich nicht unseren Willen aufzwängen.

Übersicht Infrastrukturvorteile nanoFlowcell-Tankstelle vs. Batterie-Ladestationen

*Basierend auf Informationen des BMVI (Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur, Deutschland) (>)

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