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Die Transformation motorisierter Flotten hin zum elektrischen Antrieb ist der bedeutendste Aspekt der Mobilitätswende einerseits und der nächsten Phase der Energiewende andererseits. Denn der motorisierte Individualverkehr in Deutschland verursacht heute mit der Verbrennung fossiler Treibstoffe rund ein Viertel aller klimaschädlicher Emissionen. Eine elektrifizierte Flotte hingegen könnte rund zwanzig Prozent der bis 2030 benötigten chemischen Speicherkapazität für Strom vorhalten.

Doch der Austausch der PKW-, Transporter- und LKW-Flotte kommt nur schleppend in Gang. So stagniert der Anteil rein elektrischer PKW an den Neuzulassungen bei knapp zwanzig Prozent. Das bedeutet aber auch, dass weiterhin achtzig Prozent aller neu zugelassenen PKW mit Verbrennungsmotor ausgeliefert und im kommenden Jahrzehnt genutzt werden. Die Ursache wird durch die meisten Experten als „Henne-Ei-Problem“ beschrieben: Es gäbe zu wenig Ladeoptionen für PKW-Halter, weshalb sie vom Kauf eines BEV (Battery Electric Vehicle) absähen, bzw. die Investitionen in Ladeoptionen bliebe aus, weil die Nachfrage nach BEV zu gering sei.

Tatsächlich jedoch sind weder Henne noch Ei so konzipiert, dass die Transformation in der gebotenen Geschwindigkeit ablaufen könnte. Die Fahrzeuge mit Ladeoption (Plugin) beschränken im Vergleich zu den vertrauten Produkten den Nutzwert des Fahrzeugs. So die Meinung der Mehrheit der Konsumenten. Und die hohen Kosten des fest verbauten Akkus führen zu Verunsicherung hinsichtlich der Kosten bei Anschaffung, Unfall, Defekt oder Wiederverkauf.

Soll elektrischer Individualverkehr und dessen Infrastruktur nicht dauerhaft subventioniert werden, haben Politik und Wirtschaft eine Alternative, die der Elektromobilität schneller zum Durchbruch verhelfen wird.

Voraussetzung: automatisiert wechselbare Traktionsakkus

Die Alternative sollte folglich dazu führen, dass E-PKW auch unsubventioniert weder in der Anschaffung, noch im Betrieb teurer als herkömmliche Fahrzeuge sind. Fahrer*innen sollten mit BEV spontan jede beliebige Strecke fast ebenso schnell zurücklegen können, wie mit Diesel oder Benziner. BEV sollten bei Wiederverkauf nicht aufgrund der Degradation des Traktionsakkus ihren Wert einbüßen. Vielmehr sollten auch ältere BEV von der fortschreitenden Entwicklung des Traktionsspeichers profitieren, um einmal gebaute Fahrzeuge lange in Betrieb zu halten. Dann erobern BEV schon kurzfristig den Markt. Sechs Prozent der konventionellen PKW-Flotte, knapp drei Millionen Fahrzeuge, werden jährlich elektrifiziert.

E-UNLIMITED kreist als umfassendes Konzept um eine technische Lösung, die in kleinem Maßstab seit langem bereit steht:

In diesem Zug wird die Dekarbonisierung über das Fahrzeug hinaus erweitert. Denn gleichzeitig entsteht ein wirtschaftlich betreibbarer, optimal verteilter Speicher für denjenigen Erneuerbaren Strom, der zum falschen Zeitpunkt erzeugt wird – oder fehlt. Über 14.000 Ortsnetz-Speicher im gesamten Bundesgebiet ermöglichen Mineralölkonzernen in Kooperation mit Stromnetz-Betreibern den Ausstieg aus deren fossilen Geschäftsmodell und geben das Signal für die erneute Beschleunigung der Energiewende. Rein elektrisches Autofahren wird ohne staatliche Beihilfen zum Standard. Die Energiewende erhält durch dien motorisierten Individualverkehr die wichtigste Komponente zu ihrer Vollendung: wirtschaftlich betreibbare Speicher.

Die hierfür erforderliche Normung des Traktionsakkus, einheitliche Abmessungen, Anschlüsse, Fixierungstechnik und elektrische Ausgangsspannung, ist aufgrund der bis heute (2021) erzielten Fortschritte bei der Energiedichte erzielbar. Inder Tat verhilft eine Norm der europäischen Industrie zu einer Erleichterung der Produktion. Diese führt zu niedrigeren Stückkosten. Niedrige Stückkosten ermöglichen günstige Preise für den Konsumenten. Konkurrenzfähige Preise im Segment der E-Mobilität führen zu großer Nachfrage. Große Nachfrage nach E-Mobilen fehlt jedoch bislang in Europa, ebenso wie eine funktionierende Gesamtstrategie beim Ausstieg aus der Verbrennungs-Mobilität.

Das Konzept E-UNLIMITED beschreibt daher eine Sektorkopplungs-Strategie zur schnellen Transformation des motorisierten Individualverkehrs (MIV). Diese erfüllt die folgenden zentralen Anforderungen:

• Hohe Nutzer-Akzeptanz für BEV
• Unmittelbar positiver Effekt auf den Ausbau und die sinnvolle Nutzung Erneuerbarer Energien
• Einbindung bestehender, investitionsfähiger Wirtschaftsakteure des MIV-Marktes durch marktliche Anreize

Der rein elektrische Betrieb der Flotte ist das verkehrspolitische Ziel des Konzepts. Die Anpassung bestehender MIV-Infrastrukturen erscheint dabei sinnvoller als der Aufbau neuer Systeme, um volks- und betriebswirtschaftliche Potenziale konsequent nutzen zu können.

Die qualitative Weiterentwicklung der Energiewende mit Hilfe der Flottentransformation ist das energiepolitische, ebenso bedeutsame Ziel des Konzepts. Denn die Dekarbonisierung der Stromgestehung wirkt wiederum positiv rück auf die Emissionsbilanz der BEV-Flotte. Die Anforderungen an eine wachsende Flotte im Rahmen der sogenannten Sektorenkopplung lauten:

• Normung des Traktionsakkus, vorzüglich hinsichtlich einheitlicher Abmessungen, Anschlüsse, Fixierungstechnik und elektrischer Ausgangsspannung.
• Erfüllung weiterer Mindestanforderungen, Energiedichte, C-Rate etc..
• Bidirektionales Akku-Management unter stationär-optimierten Bedingungen
• Erschließung wirtschaftlicher Potenziale durch polyvalente Akkunutzung: Die zeitgleiche Bereitstellung elektrischer Traktionsenergie und diverser Stromnetz-Dienstleistungen regt Investitionen an und ermöglicht Amortisation.

Das Wechsel-Prinzip angewendet auf die Infrastruktur zur Bereitstellung von Traktionsenergie, entstehen, dezentral verteilt, tausende sogenannte Ortsnetz-Speicher, mit jeweils mehreren Megawattstunden Speicherkapazität. Während der elektrische Antrieb den Individualverkehr dekarbonisiert, entgiftet und dessen Lärmemissionen substanziell reduziert, flankieren Ortsnetz-Speicher den Übergang zu einer emissionsfreien Stromerzeugung. Erst ihr Aufbau ermöglicht den Einstieg in den Ausstieg aus der Kohleverstromung – und garantiert stabile Stromnetze im Rahmen einer stetig wachsenden regenerativen Stromversorgung.

Argument 1: Nutzerakzeptanz

Kunden fällen die Entscheidung zur Anschaffung eines BEV im direkten Vergleich mit den auf dem Markt etablierten Produkten. Plugin-BEV bleiben hinsichtlich Preis und Leistung im Vergleich mit dem Verbrenner dauerhaft unattraktiv. Ladesäulen sind der systemische (städtebauliche/ investive) Schwachpunkt der Infrastruktur. Damit bleibt dem BEV der Zugang zu einem nachfragegetriebenen Massenmarkt verschlossen.

Sind BEV jedoch zukünftig ohne „Steckdose“, ohne eigenen, fest verbauten Traktionsakku und im Rahmen des Wecheselakku-Systems erhältlich, ändert sich die Wahrnehmung des Produktes schlagartig.
Nun entfallen die Anschaffungskosten für den Akku, der investiver Bestandteil der Stromnetz-Infrastruktur wird. Für die Akku-Qualität bürgen die Dienstleister für Traktionsenergie – ebenso, wie derzeit für die gleichbleibend hohe Güte von Treibstoffen. Der Halter wechselt den Akku regelmäßig, sobald dieser im Betrieb entladen wurde.

Die Anschaffungskosten für BEV schrumpfen auf das Niveau heute erhältlicher Fahrzeuge mit Otto- und Dieselantrieb.
Wann immer der PKW wieder die volle Reichweite benötigt, wird der in Nutzung befindliche Akku an einer Wechselstation abgelegt und durch einen optimal geladenen Akku ersetzt. Der Vorgang dauert bei den bereits entwickelten automatisierten Tauschkonzepten knapp drei Minuten. Damit ist das Reichweiten-Problem bei BEV überwunden – weil das eigentliche Problem mangelnder Reichweite, die Ladezeit, für den Nutzer entfällt

Fahrzeughalter profitieren durch das Wechselprinzip kontinuierlich von Fortschritten bei der Akku-Entwicklung. Kapazitätsverbesserungen kommen auch Haltern älterer BEV zugute. Damit wirkt sich der elektrische Betrieb nicht negativ auf den Restwert des Fahrzeugs aus.

Die notwendige Infrastruktur gibt es bereits: Etwa 14.500 Tankstellen in Deutschland sind für eine sukzessive Umrüstung prädestiniert.

Die Normung des Akkus eröffnet (mittelständischen) Automotive-Betrieben zudem den Markt für die Elektrifizierung der Bestandsflotte mit Wechselakkus – eine Alternative zur Entsorgung fast neuer Fahrzeuge.

Argument 2: gebündelte Wechselakkus flankieren die Energiewende

An einer stark frequentierten Wechselstation werden, heutige Fahrleistungen unterstellt, täglich 200 bis 300 Akkus getauscht. Akkus werden unterflur, unter konstant guten Bedingungen, ladegemanagt. Für jeden angelieferten entladenen Akku (potenziell negative Regelenergie) verlässt ein geladener Akku (potenziell positive Regelenergie) die Station.

Wechselstationen fungieren auf diese Weise als Ortsnetz-Speicher. Sie nehmen im besten Fall dann Strom aus dem Netz auf, wenn das Dargebot aufgrund von viel Wind- und Solarstrom (zu) hoch, der Preis an der Strombörse folglich niedrig ist. Wird das Stromangebot knapp, kann ein intelligentes Speicher-Management Strom zurück in das Netz abverkaufen. Ökonomisch reizvoll – und damit tatsächlich realisierbar – wird das System dadurch, dass nicht einzelne Fahrzeughalter mit den hunderten von Netzbetreibern in Deutschland (und noch viel mehr in Europa) kooperieren. Stakeholder eins, der Autonutzer, hat primär ein Ziel: Schnell und spontan die multiplen Ziele erreichen. Dieses Versprechen löst ein PKW heute ein. Stakeholder zwei, die Netzbetreiber wissen: Aus systemisch-ökonomischer Sicht sollte ein BEV aber nicht dann geladen werden, wenn es neue Energie benötigt, sondern opportunistisch, an der schwankenden Stromerzeugung aus Wind- und Solarenergie orientiert. Diesen Interessenkonflikt löst ein System, das einerseits stets geladene Traktionsakkus vorhält und andererseits flexibel genug ist, schwankende Stromsituationen wirtschaftlich zu nutzen.

Gerade Knappheit führt an den Börsen zu interessanten Erträgen, vorausgesetzt, die kumulierte Speicherkapazität ist groß genug und der Bestand der Grundlast-Kraftwerke schrumpft (Atom- und sukzessiver Kohleausstieg).

Der Aufbau des Wechselakku-Systems führt derart zu einem, gerade aus ökonomischer Sicht, interessanten Geschäftsmodell, das auf den Schwankungen bei der Stromgestehung aus Erneuerbaren Energien gründet. Je dominanter die Erneuerbaren in den Netzen, desto besser läuft das Geschäft mit Stromspeichern. Die Betreiber eines Speicherpools haben deshalb ein originäres Interesse am Ausbau der Erneuerbaren.

Die derzeit umgesetzte Plugin-Technik führt dagegen lediglich zu einer erhöhten Nachfrage nach Strom – unabhängig von dessen Erzeugungsart. Das Fahrzeug ist bloß ein weiterer Stromkonsument, der die Netze umso stärker belastet, je schneller geladen werden soll. Aber auch bidirektionale „Steckdosen-Systeme“ sind für den individuellen BEV-Halter und die Netzbetreiber unwirtschaftlich und mit Risiken für den Werterhalt des Fahrzeugs behaftet, da die vermehrten Ladezyklen, unter unterschiedlichsten Klimabedingungen, stets Risiken für die Lebenserwartung des Akkus bergen. Diese Risiken werden durch das Prinzip Wechselakku technisch verringert, ökonomisch vergemeinschaftet.

Argument 3: genormte Traktionsakkus ermöglichen Geschäftsmodelle, anstelle von Subventionsfallen

E-UNLIMITED führt zu einem etwa siebenprozentigen Überhang von Traktionsakkus im Verhältnis zur Anzahl zugelassener PKW und Transporter. Doch erst dadurch wird das BEV für den Nutzer interessant. Er sorgt durch sein Konsumverhalten für die Refinanzierbarkeit des dringend benötigten Groß-Speichers in Form eines dezentralen Systems von Ortsnetz-Speichern. Dieses verzögert den Bedarf für rein stationäre Speicher, die wirtschaftlich noch nicht darstellbar sind. Amortisation gelingt aber durch die polyvalente Nutzung jedes Traktionsakkus; entweder im Fahrzeug oder durch gepoolt-bidirektionale Einbindung in das jeweilige Stromnetz:

• Erträge durch Abgabe von Traktionsenergie
• Erträge durch billiges Laden (Nutzung von Opportunitäten bei hohem Dargebot)
• Erträge durch gewinnträchtiges Rückspeisen von Strom in das jeweilige Netz (Nutzung von Opportunitäten bei mangelndem Dargebot)

Argument 4: Die Normung des Traktionsakkus eröffnet den Massenmarkt

Normung ermöglicht die kostengünstige Herstellung von Gütern. In Bezug auf den Traktionsakku eröffnet sie Perspektiven auf europäische Kooperation. Ähnlich wie bei den ersten Schritten hin zu einer europäischen Kooperation beim Flugzeugbau, ermöglicht die Arbeitsteilung bei der kontinuierlichen Weiterentwicklung des Wechselakku-Systems den Anschluss, wenn nicht sogar die Führung bei der Entwicklung der Elektromobilität, eng gekoppelt an ein zukunftsfähiges Stromsystem. Normung ermöglicht bei Rohstoff intensiven Verbrauchsgütern aber auch die Beantwortung der, zu Recht immer mehr in die Debatte eingehende, Frage der Wiederverwertbarkeit. Weitgehend identische Baugruppen sind am Ende ihres Lebens-Zyklus maschinell, d.h. kostengünstig, verwertbar und können vollständig wiederverwendet werden.

Für die kleinste elektrische Einheit des Traktionsakkus, die Akkuzelle, liegen bereits genormte Parameter vor. Fahrzeughersteller normieren darüber hinaus bereits Akku-Module, also Gruppen von Akkuzellen, um diese kostengünstig unter all ihren BEV-Modellen nutzen zu können.

Die rechte Grafik veranschaulicht, dass beispielsweise eine Halbierung des Traktionsakkus des BMW i3 einer sinnvollen Normgröße entspricht. Damit wären Kleinstfahrzeuge für die städtische Nutzung und im Rahmen des Konzepts E-UNLIMITED, ausreichend mit Traktionsenergie versorgt. Die nachfolgende, vereinfachte Grafik stellt die räumliche Anordnung im Fahrzeugboden schematisch dar.

Ein Vielfaches der Normgröße (hier 15 oder 30 kWh) versorgt große Limousinen, Transporter und sogar Busse des ÖPNV. Ein automatisiertes Handling an Wechselstationen ist technisch bereits realisiert. Die automatisierte Beförderung von Gegenständen mit ähnlichen Massen ist Standard in der Industrie-Logistik, also z.B. in Lagerhallen.

BEV als Partner der Energiewende begreifen

In Deutschland werden rund 80 Prozent aller von Menschen zurückgelegten Kilometer mit dem PKW bewältigt, so das Bundesverkehrsministerium. Das heißt nicht,

• dass dies immer so bleiben müsse oder
• dass es nicht gerade deshalb auch gute Gründe gäbe, sich mit anderen Verkehrsträgern und deren Interaktion zu befassen.

Damit liegt jedoch ein 80prozentiger Grund vor, sich dem System hinter dem Automobil selbst zuzuwenden, wenn der Verkehrssektor schnell dekarbonisiert, entgiftet und ruhiger werden soll. Das System besteht aus:

• dem Konsumenten, dessen Zwängen und Präferenzen
• den industriellen Stakeholdern: der Automobilindustrie, ihren Zulieferern, der Mineralölwirtschaft – und den Stromnetzbetreibern
• der Verkehrs-, Energie-, und Steuerpolitik, die lenkend und gestaltend wirken

Betroffene Bereiche der Gesellschaft und politische Gestalter sind einzubeziehen, ohne der Transformation der PKW-Flotte unbewusst entgegenzuwirken. Diese Gefahr besteht, wenn der PKW selbst, unabhängig von dessen Antriebssystem, in der Kommunikation als Transportmittel in Frage gestellt wird. Denn damit wird der Kooperationswille der etablierten Stakeholder untergraben, Widerstand provoziert – und Zeit verloren.

Mit der Umstellung auf den rein elektrischen Antrieb ergeben sich Chancen für qualitatives Wachstum in der Automobilindustrie und für neue Kooperationen zwischen Mineralöl- und Stromwirtschaft.