© IDTechEx / Source: "Power Electronics for Electric Vehicles 2022-2032"
© IDTechEx / Source: "Power Electronics for Electric Vehicles 2022-2032"

World Electric Vehicle Day: Elektrofahrzeuge erobern Straßen, Meere und die Luft

Luke Gear, Senior Technology Analyst/IDTechEx, und Dr. David Wyatt, Technology Analyst/IDTechEx, haben zur Feier des World Electric Vehicle Day 2021 einen Artikel veröffentlicht

Der World Electric Vehicle Day bietet eine großartige Gelegenheit, einen Rückblick auf das letzte Jahrzehnt der Innovation und Disruption zu werfen.

Der Jahresabsatz wird allein mit Autos in diesem Jahr mit ~3,5 Millionen batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) die Marke von fünf Millionen übersteigen. Wenn dies der Fall ist, bedeutet dies eine erstaunliche Wachstumsrate von ~86 % CAGR seit 2011.

Es ist fair zu sagen, dass die Erwartungen der Analysten damit übertroffen wurden. IDTechEx schreibt seit zwei Jahrzehnten über Elektrofahrzeuge und in unserem Bericht von 2011 prognostizierten wir „stur“ 1,5 Millionen Verkäufe von batterieelektrischen Autos bis 2021, und haben dies um mehr als die Hälfte unterschätzt.

Noch wichtiger ist vielleicht, dass sich die Märkte für Elektrofahrzeuge als robust erweisen: Sie können trotz einer globalen Pandemie, die Fabriken schließt, wachsen und sind nicht so sehr unaufhaltsam, sondern unvermeidlich. Wenn Sie dies lesen, ziehen Sie wahrscheinlich eines für Ihren nächsten Fahrzeugkauf in Betracht (und nach einiger schneller Internetrecherche fragen Sie wahrscheinlich immer noch, warum sie so viel kosten?)“.

Und selbst wenn nicht, werden Sie sowieso bald ein Elektrofahrzeug-Passagier sein, wenn sich die Übergänge in unseren Mobilitätsdiensten, auf den Meeren und Himmeln sowie bei unseren Privatfahrzeugen vollziehen.

Die Treiber hinter Elektroautos

In den letzten zehn Jahren wachsen die Märkte für Elektroautos rasant. 2019 ist vielleicht die Ausnahme, da die Verkäufe durch einen politischen Wandel in China und eine glanzlose staatliche Unterstützung in den USA gedämpft wurden (ironischerweise verkauften Tesla und GM zu viele Elektrofahrzeuge und verloren damit die Berechtigung zur Bundessteuergutschrift in den USA).

Aber im Jahr 2021 ist die Dynamik der Elektrofahrzeugmärkte größer denn je, und in allen drei Top-Automobilmärkten ist ein starkes Wachstum zu verzeichnen: in China, den USA und in Europa.

In den letzten Jahren wurde das globale Wachstum des Elektrofahrzeugmarktes von Europa gestützt, angetrieben durch neue Emissionsziele (95 g CO2 pro km). Im Wesentlichen machen diese Ziele es Autoherstellern unmöglich, elektrifizierte Fahrzeuge nicht zu verkaufen, ohne hohe Geldstrafen zu vermeiden.

In den USA hat Präsident Biden 174 Milliarden US-Dollar zur Unterstützung der Einführung von Elektrofahrzeugen zugesagt (von der Ladeinfrastruktur bis zur Aufstockung der Bundessteuergutschrift) und schlägt ein neues Ziel für eine 50-prozentige Elektrifizierung bis 2030 vor/ bis 2025) oder Großbritannien (100% bis 2030), aber der US-Automarkt ist viel größer. Bezogen auf das Fahrzeugvolumen stellt dies eine der größten behördlichen Zusagen eines einzelnen Landes dar.

Und in China werden die seit mehr als einem halben Jahrzehnt bestehenden Kaufsubventionsprogramme ausgeweitet, um die Einführung der Doppelkreditprogramme für erneuerbare Energieträger voranzutreiben.

Insgesamt ist der Nettoeffekt, dass die Elektrofahrzeugpolitik aus der ganzen Welt Elektrofahrzeuge in diesem Jahrzehnt in den Mainstream drängt, was enorme Chancen für diejenigen bietet, die in der Lieferkette von Elektrofahrzeugen tätig sind.

Während Tesla in Europa und den USA immer noch Marktführer ist, haben die etablierten Autohersteller ihren Anteil im Spiel erhöht. Allein in diesem Jahr gab es über 20 Ankündigungen zu steigenden Zielen und Elektrifizierungsplänen. (Quelle: Ankündigungen der Autohersteller)

Teslas Ziel ist typisch "stur": 20 Millionen bis 2030 mit zwei Dritteln des Weltmarktanteils. Aber wie IDTechEx bereits sagte, erreicht das Unternehmen auf dem Weg zum Verfehlen seiner Ziele trotzdem bemerkenswertes.

Wenn der Markt überfüllt wird, wird die Reichweite ein Schlüsselbereich dafür sein, wie Autohersteller um ihr Stück vom Kuchen konkurrieren.

Oftmals sind es Batterien, die technologische Schlagzeilen machen – aus gutem Grund – aber auch Wechselrichter und Motoren sind sehr wichtige Bereiche, in denen Effizienz- und Gewichtsverbesserungen auch die Reichweite des Fahrzeugs verbessern.

Batterien machen heute ~20-30% des Gesamtfahrzeugpreises aus, aber mit sinkenden Kosten steigt die Wertschöpfung anderer Komponenten, wie im neuen IDTechEx-Bericht "Power Electronics for Electric Vehicles 2022-2032" festgestellt wird.

Tatsächlich spielen technologische Innovationen bei Wechselrichtern und Motoren, wie die Umstellung auf Siliziumkarbid-MOSFETs und Hochspannungsplattformen (über 800 V), eine wichtige Rolle bei der Preisparität und Produktdifferenzierung, wenn der Markt reifer wird, mit dem Potenzial, die WLTP-Reichweite um bis zu 10 % zu erhöhen ohne den Akku anzugreifen, und dem Ermöglichen von ultraschnellem 350kW DC-Schnellladen.

Kommt Wasserstoff?

Am anderen Ende des EV-Spektrums stehen große, schwere Langstrecken-Lkw (HDT). Lkw-OEMs stehen unter wachsendem Druck, Emissionen zu reduzieren, da diese einer der größten Emissionserzeuger auf der Straße sind.

Während wir weiterhin auf den mit Spannung erwarteten Tesla Semi warten (dessen Markteinführung nun weiter auf 2022 verschoben wurde), geht die Arbeit von OEMs wie Daimler, Volvo und Scania weiter mit Tempo voran.

Im Gegensatz zu Pkw gibt es ernsthafte Bedenken hinsichtlich des Einsatzes batterieelektrischer Lkw, insbesondere im Fernverkehr, da die Energiedichte aktueller Lithium-Ionen-Batterien zu einem limitierenden Faktor wird.

Diese Herausforderung fördert jedoch die Entwicklung von Brennstoffzellen-(FC)-Technologien, die OEMs einen Weg zu einer größeren Reichweite in Heavy-Duty-Anwendungen bieten und gleichzeitig (in einigen Szenarien) immer noch niedrige oder Null- Emissionen erzielen.

Mit Wasserstoff als Brennstoff erzeugen Brennstoffzellen an Bord eines Fahrzeugs Strom und stellen die primäre Energiequelle für den Antrieb der elektrischen Traktionsmotoren dar oder dienen alternativ als Range Extender, der die Traktionsbatterie während des Betriebs auflädt.

Aber Brennstoffzellen sind kein Allheilmittel für den Schwerlastverkehr: Damit sie tragfähig werden, müssen erhebliche Hürden genommen werden. Abgesehen von den typischen technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen, die jede neue Automobiltechnologie mit sich bringt, wird der Aufbau einer Wasserstofftankinfrastruktur und die Produktion von billigem „grünen“ Wasserstoff – kohlenstoffarmer Wasserstoff aus erneuerbarem Strom und Wasser – entscheidend für den Erfolg von Brennstoffzellenfahrzeugen sein.

Dies geschieht derzeit nicht – der überwiegende Teil des weltweiten Wasserstoffs wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen (sog. „grauer Wasserstoff“) und weist eine CO2-Bilanz auf, die angesichts des angestrebten Ziels, die Emissionen des Verkehrssektors zu reduzieren, wenig sinnvoll scheint. Das heißt grauer Wasserstoff als Transportkraftstoff scheint aussichtslos.

Nichtsdestotrotz ist Hyundai heute führend beim Einsatz von Brennstoffzellen-Lkw, wobei 46 seiner XCIENT-Brennstoffzellen-Lkw in der Schweiz im Rahmen der Pläne zur Einführung von 1.600 FC-Lkw bis 2025 im Einsatz sind. Hyundai hat auch den zukünftigen Einsatz von FC-Lkw in den USA angekündigt und China. Auch Toyota, Hino Motors, Daimler, Volvo und Kenworth sowie die Start-ups Nikola und HYZON investieren massiv in diesen Bereich.


Wellen schlagen mit Elektrobooten und -schiffen

Auch auf den Wasserstraßen findet eine Elektrifizierung mit Elektrobooten und -schiffen statt: Das ist ein Markt, der eher von technologischen Innovationen und sinkenden Batteriekosten als von der Politik getrieben wird.

Zum Beispiel hat das schwedische Start-up Candela im August dieses Jahres ein neues elektrisches Hydro-Foiling-Boot herausgebracht, mit Plänen, später einen kleinen "Wasserbus" und eine Passagierfähre herauszubringen. Bei diesem Tragflügelboot wird Auftrieb erzeugt, wenn sich das Schiff bewegt. Bei hoher Geschwindigkeit wird das Schiff aus dem Wasser gehoben, was die Reibung stark reduziert. Diese Innovation hat die Batteriegröße, die für eine Fahrt von 50 Seemeilen für Elektroschiffe ähnlicher Größe erforderlich ist, mehr als halbiert – auf 45 kWh statt 120 kWh.

Beim neuen Modell - dem C8 - wurde das Design verbessert, um unter anderem die Massenproduktion zu vereinfachen. Das Unternehmen hat damit den dreijährigen Auftragsbestand des Vorgängermodells C7 in einem Monat erreicht.

Torqeedo, der marktführende Anbieter von elektrischen Außenbord- und Innenbordantrieben für Freizeitboote und kleine Fischerboote, hat 100.000 Verkäufe von Elektrobootsantrieben überschritten – ein Meilenstein, der einen stetigen Fortschritt für die Branche darstellt.
(Quelle und vollständige Daten: IDTechEx - "Electric Leisure & Sea-going Boats and Ships 2021-2040")

Bemerkenswert an den Errungenschaften in diesem Sektor ist, dass er weitgehend ohne finanzielle Anreize oder Vorschriften zu den Emissionen von Außen- oder Binnenschiffen erreicht wurde, die, wie wir gesehen haben, beide Schlüsselfaktoren für andere Elektrofahrzeugsegmente sind (die begrenzten Emissionen existierende Regulierung ist sehr lokal: eine Handvoll Seen in Deutschland und Amsterdams zentrale Kanäle).

Zurück in die Zukunft: Elektrische Flugtaxis

Der 21. Oktober 2015 kam mit Innovation, doch fast sechs Jahre später haben wir noch keine fliegenden Skateboards oder Autos gesehen, wie sie Marty McFly in den 1980er Jahren erlebt hat. Werden wir in unseren Städten jemals elektrische Flugtaxis oder Autos sehen?

Die kurze Antwort ist ja. In den richtigen Anwendungen können Elektroflugzeuge billigere, sicherere, leisere und umweltfreundlichere Flugreisen bei Geschwindigkeiten bieten, die den Kunden eine erheblich verbesserte Reisezeit bieten.

Jüngste Fortschritte in der Batterietechnologie und bei Elektromotoren haben die Entwicklung von elektrischen Vertikalstart- und Landeflugzeugen (eVTOL) mit verteilten elektrischen Antriebsarchitekturen erleichtert, die viele der Probleme lindern können, die verhindert haben, dass Hubschrauberflüge mehr zum Mainstream werden.
Hier gibt es viele Aktivitäten und einige aufregende Fortschritte. (Der IDTechEx-Bericht "Air Taxis: Electric Vertical Take-Off and Landing Aircraft 2021-2041" stellt fest, dass das Joby Aviation S4 Air Taxi am nächsten auf dem Weg zum Markt ist.)

Joby hat über 10 Jahre Erfahrung im eVTOL-Design und über 1000 Testflüge in einem Serienprototyp, der 2018 mit der FAA-Zertifizierung begann. Die Aktivitäten sollten jedoch durch die Tatsache gedämpft werden, dass sogar Joby mit all seinen bisherigen Erfahrungen sagt, dass sie "mehrere Jahre" und noch mehr Tests vor der Zulassung vor sich haben.

Während dieser Markt im Kommen ist, glaubt IDTechEx, dass es mindestens ein Jahrzehnt dauern wird, bis wir einen weit verbreiteten Einsatz von Lufttaxis sehen. Eine der größten Hürden ist die Regulierung, viel mehr als die Technologie. Bei den vielversprechendsten eVTOL-Unternehmen, die im IDTechEx Report untersucht wurden, hängen die Zeitpläne stark vom endgültigen Flugzertifizierungsprozess und der Regulierung des Flugbetriebs in jedem geografischen Markt ab.

In den letzten Monaten gab es eine Reihe von Bestellungen für innovative neue Flugzeuge, wobei American Airlines, Virgin Atlantic, United Airlines, UPS und das Flugzeugleasingunternehmen Avolon Vorbestellungen für E-Luftfahrzeuge aufgegeben haben. Damit wird immer deutlicher, dass die Nachfrage nach diesen Flugzeugen da ist.

IDTechEx Mobilitätsforschung

Dieser Artikel basiert auf einem breiten Mobilitätsforschungsportfolio-Bericht von IDTechEx, der die Einführung von Autonomie, Elektrofahrzeugen, Batterietrends und Nachfrage zu Land, zu Wasser und in der Luft untersucht. (www.IDTechEx.com/Research/EV.

Übersetzung: OEKONEWS


Artikel Online geschaltet von: / Doris Holler /