Wohin entwickelt sich die E-Mobilität?

Sie ist in aller Munde, aber bei Weitem noch nicht großflächig im Einsatz. Grund genug für HI:TECH CAMPUS, bei Dr. Heimes vom PEM der RWTH Aachen direkt nachzufragen: Wo steht das Konzept „E-Mobilität“, an welchem Faktor hakt es, woran wird aktuell geforscht und wie geht es weiter?

Herr Dr. Heimes, der Verbrennungsmotor würde sich noch lange nicht vom Markt verdrängen lassen, meinte unlängst Udo Ungeheuer vom VDI. Was sagen Sie dazu?
Die Elektromobilität wird als umweltfreundliche und flexible Technologie langfristig den Markt erobern. Wie schnell das geht, hängt von mehreren Faktoren ab. Zum einen von der Akzeptanz der Bevölkerung und zum anderen vom Fortschritt der Forschung: hauptsächlich im Bereich der Batterien, aber auch im Bereich neuer Mobilitätskonzepte.

Bleiben wir zunächst bei den Batterien. Die Kosteneffizienz ist eines der beiden größten Themen Ihrer Forschung. Einmal ganz direkt gefragt: Wie viel kostet eine Batterie? Und: Wie viel kostet es Privathaushalte, eine Ladestation einzubauen?
Wir haben als Ziel die Batterie zu einem Preis von 100 Euro/kWh zu verkaufen. Aktuell sind wir bei 160 Euro/kWh. Zur Ihrer zweiten Fragen gibt es verschiedene Anbieter. Beim Kauf einer Ladesäule mit einer Ladeleistung von 22 kW muss man mit 500 bis 1.000 Euro rechnen.

Ab wann rechnet es sich dann für einen Privathaushalt, eine entsprechende Ladesäule einzukaufen?
Diese Frage ist individuell zu beantworten. Da sich mit der Ladesäule und der damit verbundenen höheren Ladeleistung die Ladezeit verringert, muss der Käufer selbst entscheiden, wie schnell er seine Batterie vollständig geladen haben möchte. Eine 80 Prozent Ladung erreicht man mit den heutigen Ladesäulen schon innerhalb von 40 Minuten.

Inwiefern haben es Ihre Messungen bereits geschafft, den Kostenfaktor für Batterien diverser Transportmittel zu senken?
Unser Faktor ist kleiner als eins. Aus Messungen und Analysen neuer Fertigungstechniken kann ich sagen, dass sich die Produktionskosten beispielsweise durch den Einsatz eines Extruders in der Elektrodenfertigung um bis zu 7 Prozent und durch eine Lasertrocknung vermutlich um bis zu 6 Prozent senken werden.

An welchen weiteren Methoden forschen Sie, um die Herstellungskosten noch weiter zu senken?
Mit neuen Fertigungstechnologien wie beispielsweise für Beschichtungs- und Trocknungsverfahren in der Elektrodenfertigung können wir bei gleichbleibender Zellperformance günstiger und schneller produzieren.

Könnten Sie eines der Verfahren näher erläutern?
Beispielsweise arbeiten wir daran, für die Trocknung der beschichteten Elektroden statt einer meterlangen Trockenstrecke mit Heißluft eine innovative Lasertrocknungstechnologie einzusetzen, die es erlaubt, den Energie- und Flächenbedarf in der Produktion deutlich zu reduzieren.

Stichworte Umweltschutz & Schwermetalle: Gibt es hier etwas Neues zu berichten?
Schwermetalle versuchen wir so gering wie möglich einzusetzen. Konkrete Neuigkeiten gibt es hier in einer Richtlinie, die wir in einem Forschungsprojekt aufstellen, um nicht nur kosten-, sondern auch ressourceneffiziente Batterien herstellen und recyceln zu können.

Können sich auch schon Studenten an der Entwicklung solcher Systeme oder an der Forschung beteiligen?
Wir vermitteln den Studenten Wissen in der Elektromobilproduktion und der Herstellung elektrochemischer Speicher in den jeweiligen Vorlesungen. Darüber hinaus binden wir Studenten mit Studien- und Abschlussarbeiten in unsere Forschungsprojekte ein. Dabei bieten wir neben dem fachlichen Wissen Kontakt zu Forschungsteams sowie der Industrie, wie beispielsweise an unserem jährlichen Elektromobilproduktionstag.

Einige der RWTH Aachen-Projekte (Team ÖPNV) drehen sich um die Forschung im Hinblick auf öffentliche Verkehrsmittel. So werden auch Linienbusse mit Elektrobatterieantrieb für Unternehmen des öffentlichen Nahverkehrs getestet. Wie leistungsfähig müssen Batterien werden, um einen durchschnittlichen Linienbus zu powern?
Im städtischen Verkehr können Linienbusse mit Elektrobatterieantrieb bereits sinnvoll eingesetzt werden, sofern das Fahrzeug auf das Streckenprofil angepasst ist. Für den Überlandverkehr muss in Abhängigkeit des Streckenprofils ein passendes Antriebskonzept gewählt werden. Sowohl im städtischen Betrieb, als auch im Überlandbetrieb dient der Hybridantrieb aktuell als sinnvolle Alternative.

Bis wann schätzen Sie, wird Elektromobilität den deutschen Automarkt erobert haben?
Jeder kennt das aktuell noch schwer erreichbare Ziel, eine Million Elektrofahrzeuge im Jahr 2020 auf den deutschen Straßen zu sehen. Wird dieses Ziel erreicht, bedeutet das noch keine Eroberung des Automarktes. Daher würde ich eher sagen, dass die Elektromobilität den Markt erobert, sobald die Infrastruktur für Ladesäulen ausgebaut und die Kosten eines Elektrofahrzeuges durch die Batterie gesenkt werden können.

E-Mobilität ist ein Konzept, das sich nicht nur auf den klassischen KFZ-Markt anwenden lässt. Welche anderen Anwendungsgebiete halten Sie für realistisch?
Das Elektromobilitätskonzept findet in klassischen Anwendungen wie dem Schienenverkehr oder bei Fahrrädern bereits Einsatz. Darüber hinaus ermöglicht es eine in Zukunft vielfältigere Personenbeförderung, sowohl in Gebäuden als auch auf der Straße oder in der Luft. Als irrelevant möchte ich hier keinen Bereich ausschließen.

Interview: November 2017

Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Heiner Heimes hat Maschinenbau und Wirtschaftswissenschaften an der RWTH Aachen studiert. Nach seiner Promotion übernahm er 2014 die Aufgabe des Oberingenieurs für den Bereich Batterieproduktion, welcher heute dem Chair of Production Engineering of E-Mobility Components der RWTH Aachen angehört.