TheronSight 02/2013 | Thesen zur Elektromobilität

Executive Summary

Die weitere Entwicklung der Elektromobilität ist ein in Politik und Medien regelmäßig diskutiertes Thema. Die öffentliche Diskussion folgt dabei in vielen Fällen Forderungen von Lobbyisten nach Subventionierung und staatlichen Investitionen in die Infrastruktur. Zudem fokussiert sie sich einseitig auf Lösungen für PKW in Ballungsräumen. In diesem Dokument haben wir einen Überblick zu den wichtigsten relevanten Thesen und Trends zusammengefasst. Daraus ergibt sich insgesamt eine aus unserer Sicht neue Perspektive auf die Chancen und Risiken im Zusammenhang mit der Entwicklung der Elektromobilität.

Nach unserer Überzeugung ist Elektromobilität eine Fahrzeugtechnologie, die sich aufgrund ihrer Vorteile mittelfristig durchsetzen wird und dazu keiner besonderen Unterstützung bedarf. Bereits heute spielt Elektromobilität in manchen Marktsegmenten mehr als nur eine Nischenrolle (z.B. bei Pedelecs). Elektromobilität ist auch nicht nur für Industrieländer und Ballungsräume geeignet, sondern auch für Entwicklungsländer und ländliche Gebiete lassen sich adäquate elektromobile Lösungen entwickeln.

Die notwendigen Schwellenwerte für einige technische Leistungsparameter, die erreicht werden müssen, um eine größere Verbreitung der Elektromobilität im Fahrzeugmarkt zu gewährleisten, lassen sich bereits heute abschätzen. Die heutigen Voraussagen für die zugrunde liegenden technischen Entwicklungen sehen die Erreichung dieser Schwellenwerte in einem Zeitraum von 10 Jahren.

Ein besonderes Hindernis ist weiterhin häufig das Fehlen von funktionsfähigen Geschäftsmodellen für Lösungen der Elektromobilität. Auch die laufenden Pilotprojekte stellen nicht auf eine wirtschaftliche Betrachtung ab, sondern konzentrieren sich auf technische Fragen. Wie erfolgreiche Beispiele zeigen, lassen sich solche Geschäftsmodelle jedoch entwickeln.

Die stärkere Verbreitung der Elektromobilität wird erhebliche Konsequenzen für die Entwicklung der Mobilitäts- und die Energiebranche haben. Schon heute sollten deshalb Fahrzeughersteller, Komponentenhersteller, Mobilitätsanbieter und Energieunternehmen sich strategisch auf die künftige Entwicklung der Elektromobilität und die Auswirkungen auf ihr Geschäft einstellen.

Elektromobilität - Trends

Definitionen

  • Elektromobilität umfasst alle Transportlösungen, die auf einem elektrischen Antriebsstrang beruhen, der den überwiegenden Teil der Antriebsleistung darstellt. Vorwiegend fossil betriebene Hybridfahrzeuge und Schienenfahrzeuge gehören nicht zum betrachteten Umfang.
  • Fahrzeugklassen der Elektromobilität reichen von Pedelecs/E-Bikes über PKWs bis hin zu Nutz- und Spezialfahrzeugen. Elektrische Schienenfahrzeuge werden im Folgenden nicht vertieft betrachtet. Sie sind aber zu erwähnen, da sie bewährte elektrisch betriebene Mobilitätslösungen darstellen und in übergreifenden Verkehrskonzepten der Elektromobilität eine wichtige Komponente darstellen können.
  • Ein Fahrzeug mit Wasserstofftank und Brennstoffzelle als Stromwandler sowie einem elektrischen Antriebsstrang ist im Sinne dieser Definition ebenfalls Bestandteil der Elektromobilität, denn Wasserstofftank und Brennstoffzelle stellen dabei nur eine Alternative für eine chemische Batterie als mobile Stromquelle mit eigenem Gesamtwirkungsgrad dar.

 

Allgemeine Trends, die die Elektromobilität fördern

Die Frage der Marktentwicklung der Elektromobilität ist in allgemeine gesellschaftliche und technologische Trends eingebettet. Dabei gibt es verschiedene wichtige Markttrends, die sich auf die Entwicklung der Elektromobilität stark auswirken und teilweise unabhängig von der Elektromobilitätsentwicklung bestehen.

  • Batterien werden billiger. Seit dem Beginn der intensiv geführten Diskussion zur Elektromobilität in 2008/2009 sind die Preise für Batterien bereits von über 1.000 €/kWh auf heute ca. 500 €/kWh gefallen. Aktuelle Prognosen gehen davon aus, dass die Kosten einer kWh in einer Batterie bis zum Jahr 2020 weiter auf unter 200 €/kWh fallen werden. Diese Entwicklung der Batteriekosten ist in wesentlichen Teilen unabhängig von der Entwicklung der Elektromobilität, da es neben der Elektromobilität eine Vielzahl weiterer zahlungskräftiger Märkte gibt (z.B. in der Energiewirtschaft, für elektronische Geräte), die an einer weiteren Batterieentwicklung stark interessiert sind und diese vorantreiben. Darüber hinaus finden in der Technologieentwicklung regelmäßig weitere Technologiesprünge statt, da immer wieder neue Materialien und Materialkombinationen entdeckt werden, die zu einer deutlichen Verbesserung der Batterieleistung führen. Dies betrifft sowohl die Energiedichte und Leistung als auch die Anzahl der Ladezyklen.
Elektromobilität - Speicherpreise
  • Private Fahrzeugnutzer fahren weniger und kürzere Strecken
  • Die Einstellung zu Fahrzeugnutzung und -besitz verändert sich. Es findet bereits jetzt in den Ballungsräumen eine Tendenz zur Entkopplung von Fahrzeugnutzung und Fahrzeugbesitz statt. Car-Sharing etabliert sich als Mobilitätslösung neben dem Individualverkehr mit eigenem Fahrzeug und dem ÖPNV. Autos verlieren teilweise ihren Stellenwert als Statussymbol, und der Firmenwagen als wesentlicher Anreiz im Vergütungssystem für Mitarbeiter hat ebenfalls einen Teil seiner alten Bedeutung eingebüßt.
Car-Sharing Nutzerzahlen
  • Multimodalität im Transport wird erleichtert und stärker genutzt. Immer öfter werden einzelne Verkehrsmittel für eine Transportstrecke miteinander kombiniert und verknüpft. Die Anzahl entsprechender Mobilitätsangebote (vom Car-Sharing bis zur Fahrradvermietung) nimmt zu.
  • Umweltauflagen in Städten werden immer höher. Früher ging es um die Blei- und Staubbelastung durch den Verkehr, den aktuellen Schwerpunkt bilden die Emissionen von CO2 und Feinstaub. Auf mittlere Sicht stehen nun Lärmemissionen und Stickoxide im Fokus, u.a. durch EU-Vorgaben. E-Mobilität hat dabei durch ihre lokal geringeren Emissionen (Lärm, Abgase, Feinstaub) Vorteile, so dass elektrische Fahrzeuge auch in Zeiten und Gebieten eingesetzt werden können, in denen die Nutzung von Verbrennungsmotoren nicht gestattet ist. Ob Elektromobilität die Emissionen von Luftschadstoffen insgesamt verringert, hängt von der Erzeugung der eingesetzten Energie ab. Beim Laden aus emissionsarmer Stromproduktion werden auch gesamthaft betrachtet Emissionssenkungen erzielt.

 

Mainstream-Meinungen sind oft nicht zutreffend

Aus der Berichterstattung der Medien, aber auch aus von verschiedenen Stakeholdern gezielt lancierten Aussagen haben sich allgemeine, immer wieder zitierte Meinungen zur Elektromobilität herausgebildet, die in den folgenden Aussagen zusammengefasst werden können:

  • Die flächendeckende Verfügbarkeit einer öffentlichen Ladeinfrastruktur ist der Schlüsselfaktor für den Durchbruch der Elektromobilität.
  • Elektromobilität eignet sich nur für Ballungsgebiete.
  • Elektromobilität ist ein Thema, das primär PKW betrifft.
  • Elektromobilität ist nur in hoch entwickelten Ländern einsetzbar (wegen geringer Reichweiten, benötigter Infrastruktur und hoher Kosten).
  • Elektro-PKW können nur einen relevanten Marktanteil erreichen, wenn sie eine Reichweite von > 500 km haben und in 5 Minuten „aufgetankt“ werden können.
  • Elektrofahrzeuge sind Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor in den für die Nutzung relevanten Parametern regelmäßig unterlegen.
  • Elektromobilität ist ein Komplementärprodukt der erneuerbaren Energien und löst deren Probleme der Fluktuation der Stromeinspeisung (durch die Nutzung für Pufferkapazitäten).
  • Elektromobilität kann sich nur im Markt etablieren, wenn sie am Anfang subventioniert wird.
  • Elektromobilität ist High Tech und kann auch nur mit High-Tech-Lösungen funktionieren.

Diese Mainstream-Aussagen sind jedoch unzutreffend oder zumindest unvollständig. In der folgenden Übersicht haben wir deshalb diesen Thesen unsere Position entgegengesetzt, die sowohl auf unseren Analysen und Ergebnissen aus relevanten Projekten als auch auf unseren praktischen Nutzererfahrungen in mehreren mehrmonatigen Feldversuchen zur Elektromobilität beruht:

Elektromobilität - Thesen
Elektromobilität - Thesen
Speicherbedarf vs. Speicherkapazität

Die aufgeführten Fehleinschätzungen in der öffentlichen Wahrnehmung sind oft darauf zurückzuführen, dass politische Kräfte oder Lobbyisten bestimmte Thesen zur Verfolgung ihrer Partikularinteressen in Umlauf bringen, oder dass die mangelnde praktische Erfahrung mit der Anwendung von Elektromobilität es vielen Beobachtern erschwert, sich auf die wesentlichen Faktoren richtig zu fokussieren. So entstehen im Bereich der Elektromobilität viele Studien rein theoretischer Natur oder mit entscheidenden Designfehlern, z.B. bei der Ausgestaltung von Meinungsumfragen.

 

Weitere allgemeine Erkenntnisse

Neben den oben genannten Thesen, die sich aus der Auseinandersetzung mit der üblichen Diskussion in den Medien ergeben, ist es aus unserer Sicht wichtig, folgende Erkenntnisse zur Entwicklung der Elektromobilität ebenfalls mit einzubeziehen:

  • Elektromobilitätslösungen sind immer Systemlösungen, die verschiedene Komponenten miteinander integrieren müssen (Fahrzeuge, Energieversorgung/Energiequellen, Ladeinfrastruktur). Solche Systeme können klein und überschaubar sein, sie können auf kleiner Fläche und mit einer kleinen Anzahl Beteiligter geschaffen werden, müssen aber im Zusammenhang implementiert werden.
  • Für tragfähige Elektromobilitätslösungen ist es unabdingbar, zu den technischen Lösungen auch tragfähige Betreiber- und Geschäftsmodelle zu entwickeln. Genau daran scheitern derzeit viele Versuche der Einführung von Elektromobilität. Viele heute betriebene und propagierte Pilotprojekte haben ganz offensichtlich keine tragfähige betriebswirtschaftliche Perspektive (z.B. bei der öffentlich zugänglichen Ladeinfrastruktur). Aber auch elektromobile Lösungen müssen angemessene Renditen erwirtschaften. Sind bei Systemlösungen (wie in den meisten Fällen) mehrere Partner beteiligt, muss jeder einzelne Beteiligte damit Geld verdienen können – vielleicht mit Ausnahme der öffentlichen Hand, die gewisse Infrastruktur ggf. einmalig auch nicht kostendeckend zur Verfügung stellen kann. Deshalb bedarf es einer genauen Rollendefinition und der Untersuchung der Wertschöpfungsketten und betriebswirtschaftlichen Zusammenhänge, um ein wirtschaftlich tragfähiges System zu entwickeln. Viele in aufwendigen Forschungsprojekten geförderte Ansätze konzentrieren sich allein auf technische Lösungen, ohne Rücksicht darauf, ob damit jemals ein profitabler Betrieb erreicht werden kann.
  • Es ist zielführend, abgrenzbare Segmente mit konkreten Nutzungen (Anforderungen der Nutzer) zu identifizieren und dafür segmentspezifisch adäquate Lösungen aus bestehenden Komponenten der Elektromobilität zu definieren. Elektromobilität ist bereits heute in ausgewählten Anwendungssegmenten insgesamt attraktiv und rentabel. Dies betrifft z.B. gewerbliche Nutzer wie Handwerker im städtischen Bereich, die hohe Jahresfahrleistungen aber relativ kurze Tagesfahrleistungen aufweisen. Elektromobilität ist dort gut anwendbar und rechnet sich auch wirtschaftlich, wenn die Summe der gefahrenen Strecken pro Tag unterhalb der Reichweite einer Batterieladung eines E-Autos bleibt und die Batterien nachts ausreichend nachgeladen werden können. Viele weitere solcher Segmente für Zweiräder, Nutzfahrzeuge, Spezialfahrzeuge oder PKW haben wir in verschiedenen unserer Projekte zur Elektromobilität bereits identifizieren können.
Heute schon verfügbare Elektomobilität
  • Anders als bei der Versorgung mit Benzin oder Diesel können bei der Elektromobilität in sich autarke Systemlösungen geschaffen werden. Schon eine kleine Solaranlage kann ausreichen, um ein lokales Elektromobilitätssystem zu versorgen. Selbst in Deutschland erzeugt eine aktuelle 80 m2 Dachsolaranlage im Jahr ca. 8.000 kWh Strom. Dies würde theoretisch selbst bei einem hohen Verbrauch von 20 kWh/100 km für 40.000 km Fahrleistung im Jahr ausreichen. In Entwicklungsländern könnten Solaranlagen ein ganzes lokales Elektromobilitätssystem autark mit Strom versorgen.
  • Elektromobilitätslösungen aus einem definierten Markt lassen sich nicht einfach auf beliebige andere geografische Märkte direkt übertragen, sondern müssen an die Bedürfnisse der dortigen Nutzer und die jeweiligen Bedingungen der lokalen Infrastrukturen angepasst werden. Damit können dann aber auch tragfähige Lösungen selbst für Entwicklungsländer erarbeitet werden. Relevante Rahmenparameter für die lokale Anpassung sind u.a. die Verfügbarkeit und der Zustand der Infrastrukturen (Stromversorgungsinfrastruktur (lokale technische Netzparameter, Zuverlässigkeit, Kapazität, Belastbarkeit), Wege-/Straßeninfrastruktur (Dichte, Qualität) und die Kommunikationsinfrastruktur (Datentransferraten, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit)).
Lieferung im lokalen Umfeld
  • Gewisse Vorteile von Elektrofahrzeugen werden ihre Etablierung im Markt befördern:
    • Bei E-Autos ist ein Preis-Premium durchsetzbar. Ursache hierfür sind einerseits Imagefaktoren, die genutzt werden können (innovativ, selten, hip, „grün“, avantgardistisch, Statussymbol), und andererseits niedrigere Betriebskosten im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren.
    • Total Cost of Ownership (TCO) über den Lebenszyklus sind bei Elektrofahrzeugen niedriger als bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren. Dies beruht auf verschiedenen Einzelfaktoren, die sich zu einem größeren Gesamteffekt aufaddieren: durch einen niedrigeren Arbeitspreis für Strom als für Benzin, durch höhere Wandlungseffizienz des E-Motors von eingesetzter Energie in Traktion, durch geringeren Verschleiß bei Antriebsstrang, Bremsen, Öl, durch eine geringere Anzahl von Teilen (z.B. Entfall des Getriebes) und die damit verbundenen geringeren Wartungskosten. Auch wenn ein neues „Verschleißteil Batterie“ mit Nebenaggregaten hinzukommt, erwarten wir hier in Summe, dass die Einspareffekte deutlich überwiegen und damit ein Elektrofahrzeug deutlich niedrigere Betriebskosten verursachen wird. Auch der Verbrauch im Stadtverkehr bei Stop & Go ist bei Elektrofahrzeugen deutlich niedriger, da beim Bremsen Strom erzeugt und wieder in die Batterie zurückgespeist wird.
  • Die Entwicklung der Elektromobilität wird auch den Energiemarkt beeinflussen. Dabei werden Wechselwirkungen auftreten, die auf den ersten Blick nicht offensichtlich sind.
    • Ein Beispiel hierfür sind gebrauchte Autobatterien, die zur Zweitverwertung in den Markt kommen werden. Diese können von gewerblichen und privaten Nutzern für die Energieversorgung genutzt werden, z.B. um eigene (erneuerbare) Energieerzeugung mit Kosten von wenigen Cent/kWh zwischenzuspeichern. Dies begünstigt die dezentrale Energieerzeugung, schafft Potenziale für ein zusätzliches Angebot an Regelenergie und generiert zusätzliche neue Anforderungen an die Verteilnetze.
    • Ein weiteres Beispiel sind die Auswirkungen von ladenden PKWs auf die Verteilnetze. In locker bebauten Wohngebieten können hier auch bei relativ geringen Elektromobilstückzahlen schnell erhebliche Überlastungen oder Engpässe auftreten, insbesondere in den frühen Abendstunden, wenn die Netzbelastung durch die Haushalte sowieso schon ihren Höhepunkt erreicht hat und dieser durch ladende Fahrzeuge weiter verstärkt wird.
    • Batterien verfügen immer nur über eine begrenzte Anzahl an Ladezyklen. Dies führt dazu, dass bei genauer wirtschaftlicher Betrachtung für Strom, der in Batterien zwischengespeichert wird, auch ein Arbeitspreis für die Abnutzung der Batterie angesetzt werden muss. Diese Tatsache wird in Konzepten wie „Vehicle-to-Grid“ derzeit noch weitgehend ignoriert, da diese zumeist allein auf die technische Machbarkeit abstellen. Durch das Übersehen wesentlicher wirtschaftlicher Komponenten sind dann auch die darauf aufbauenden Geschäftsmodelle fehlerhaft, so dass einige heute betriebene Ansätze der Energiewirtschaft wohl auch daran scheitern werden.
Elektromobilität in der Zukunft

Thesen zur Marktentwicklung, Quantensprünge

Aus unserer Sicht wird sich Elektromobilität auch ohne Subventionen mittel- bis langfristig durchsetzen. Offen sind dabei jedoch der Zeitpunkt, die Wahl der zukünftig eingesetzten Speichertechnologien und die Kernsegmente der Anwendung.

Wir gehen davon aus, dass es in der Entwicklung der Elektromobilität wesentliche Quantensprünge geben wird. Für einige Parameter ist heute absehbar, wo diese Durchbrüche stattfinden können:

  • Eine Senkung der Batteriepreise auf ca. 200 €/kWh: Es lässt sich berechnen, dass unter dieser Grenze der wirtschaftliche Vorteil der Elektromobilität als Antriebslösung zu einer deutlichen Marktverschiebung hin zur Elektromobilität führen kann. Verschiedene Quellen sehen das Erreichen dieses Preispunkts innerhalb der nächsten 10 Jahre voraus.
  • Die Erzielung einer Batteriereichweite von über 300 km für PKW: Der Umschlagpunkt der Reichweite, bei dem eine größere Anzahl von Nutzern bereit wäre, auf E-PKWs umzusteigen, liegt bei 250 – 300 km. Dies ist das Ergebnis der Fokusgruppen aus den Feldtests verschiedener Automobilhersteller.
  • Der Aufbau von Serienproduktionen von > 100.000 Fahrzeugen p.a.: Preisnachteile von Elektrofahrzeugen kommen zu wesentlichen Teilen aus der geringen Stückzahl, d.h. mangelnden Economies of Scale in den Produktionen. Mit der Aufnahme der Serienfertigung von Elektrofahrzeugen werden diese Nachteile jedoch mittelfristig sinken
  • Die Einführung von Fahrzeugen, die von Beginn an als Elektrofahrzeuge konzeptioniert und designed wurden: Neue Modelle, die spezifisch für die Elektromobilität entwickelt wurden, werden wesentlich bessere Leistungen aufweisen, da Fahrzeuge und Elektroantrieb in Zukunft aufeinander abgestimmt entwickelt werden. Erste Modelle, die diesen Ansatz verfolgen, sind z.B. der Tesla S und der BMW i3. Die meisten Elektrofahrzeuge im Markt sind dagegen heute eher noch mit den Kutschen von 1880 vergleichbar, in die nachträglich Motoren eingebaut wurden. Neuartiges Design könnte die bei Elektrofahrzeugen gegebenen neuen Gestaltungsmöglichkeiten (kein Motorraum nötig, niedriger Schwerpunkt etc.) voll ausschöpfen und damit neue Formen für effiziente, ökonomische und funktionale Mobilität anbieten.
  • Die flächendeckende Verbreitung von Car-Sharing-Angeboten und deren Einbindung in multimodale Personentransportlösungen in den Ballungsräumen: Die fortschreitende Etablierung von Car-Sharing zeigt, dass sich die Akzeptanz dafür verbreitet, dass man nicht für jeden Zweck das passende Fahrzeug selbst besitzen muss. Dies befördert die Nutzung der in ihrer Reichweite begrenzten Elektromobilität für kurze und mittlere Strecken, wenn gleichzeitig für lange Strecken andere Fahrzeuge/Beförderungssysteme zur Verfügung stehen. E-Fahrzeuge im Car-Sharing haben den Vorteil, dass diese Fahrzeuge auf wesentlich höhere Nutzungszeiten pro Tag kommen, ohne dass bei der typischen Nutzung die maximale Reichweite erreicht wird. Die typische Car-Sharing-Fahrdistanz liegt aktuell bei 35 km. Durch die Verbreitung von Car-Sharing können so bereits jetzt größere Stückzahlen von Elektrofahrzeugen abgesetzt werden.

 

Theron Advisory Group und Elektromobilität

Die Partner der Theron Advisory Group verfügen über Branchenerfahrung in allen relevanten Industrien, die in der Elektromobilität aufeinandertreffen, angefangen von der Automobilindustrie (OEMs, Zulieferer) über den Maschinenbau bis hin zur Energiewirtschaft, Logistik und Mobilitätsdienstleistern. Im Gegensatz zu den meisten anderen Beratungshäusern verfügen wir zudem über die praktische Erfahrung im täglichen Einsatz von Elektro-PKWs, da Mitarbeiter der Theron Advisory Group aktiv an verschiedenen Feldversuchen über längere Zeit persönlich teilgenommen haben.

Das Thema Elektromobilität ist von hoher Relevanz für die Branchen Automobil-OEMs, Automobilzulieferer, Energieversorger/Netzbetreiber, Erzeuger erneuerbarer Energien und öffentliche Institutionen.

Theron kann Klienten im Themenbereich der Elektromobilität dabei unterstützen, Strategien zu erarbeiten, geeignete Zielmärkte und Anwendungssegmente zu identifizieren, das Innovationsmanagement für neue Anwendungen und Produkte zu fokussieren, vor allem aber wirtschaftlich und technisch tragfähige Betreiber- und Geschäftsmodelle zu entwickeln, an denen es derzeit weitgehend mangelt.