17.01.2010

Zu Ende gehende Erdölvorräte und wirksame Maßnahmen zum Klimaschutz zwingen dazu, die Auto-Mobilität künftig auf eine neue, nachhaltige Grundlage zu stellen. Ist das Elektroauto die passende Antwort darauf, um damit alle Probleme unserer Mobilität in den Griff zu bekommen? Diese Frage stand im Mittelpunkt des traditionellen Neujahrsempfangs des Verbands Ingenieure für Kommunikation (IfKom), Bezirk Baden-Pfalz-Saar am 15.01.2010 in der Tagungsstätte der Evangelischen Akademie in Bad Herrenalb. Das Leitthema: „Elektromobilität - Antriebssysteme der Zukunft“ war zugleich auch das Thema des sich an den beiden darauf folgenden Tagen anschließenden Seminars, das Verbandsmitglieder aus ganz Baden-Württemberg, Rheinland-Pfalz, dem Saarland und Nordrhein-Westfalen zusammenführte.

Der IfKom-Bezirksvorsitzende Dipl.-Ing. Jürgen Gottstein eröffnete die Veranstaltung und begrüßte zahlreiche Gäste, darunter den Referenten des Neujahrsempfangs Prof. Dr. Ulrich Höpfner, des weiteren Prof. Dr.-Ing. Hans Sapotta von der Hochschule Karlsruhe und dem Vertreter der IHK Nordschwarzwald, Herrn Dipl.-Ing.(FH) Jochen Bury. Herr Bury sprach ein kurzes Grußwort für die IHK Nordschwarzwald. Ein weiterer Willkommensgruß galt dem langjährigen Industriepfarrer der Ev. Akademie Dr. Ullrich Lochmann mit dem der Verband IfKom seit 1979 die Zusammenarbeit pflegte.

In den vergangenen zwei Jahren wurde die Elektromobilität mit wachsender Intensität zu einem allseits diskutierten Thema, dem sich beinahe kein Autohersteller mehr verschließen kann, wie auch die Internationale Automobilausstellung (IAA) in Frankfurt im vergangenen Jahr gezeigt hat. Elektroautos sind offenbar das Allheilmittel für alle Probleme, denen sich unsere Gesellschaft als Folge ihres Mobilitätsverhaltens gegenübersieht: Abgasbelastung, Feinstaubkonzentrationen, Lärm und nicht zuletzt die endlichen Erdölvorräte. Doch so einfach ist es leider nicht, und es bedarf schon einer etwas differenzierteren Betrachtung, wie der Festredner des Abends, Dr. Ulrich Höpfner vom ifeu - Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH in seinem Vortrag „Elektromobilität und erneuerbare Energien“ deutlich machte. Der Ersatz des Verbrennungsmotors durch den Elektromotor hat weder Einfluss auf die Unfallbilanz noch auf die Flächeninanspruchnahme und verringert nur in geringem Maße die Lärmbelastung. Auch bei den Luftschadstoffen sind unter Voraussetzung der Stromproduktion mit fossilen Brennstoffen kaum Vorteile gegenüber dem Verbrennungsmotor zu erzielen.

In den vergangenen Jahrzehnten hat die Abgasreinigung beim Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung, Katalysator und Partikelfiltern gerade bei den Stickoxiden (NOx-Produkte), beim Kohlenmonoxyd (CO), beim Benzol und bei den Feinstäuben enorme Fortschritte gemacht. Auch wenn Elektrofahrzeuge keine Luftschadstoffe emittieren und insofern umweltfreundlich sind, die Schadstoffkonzentration in der Luft wird sich nur sehr langsam verringern, wenn wir bei der Stromproduktion nicht den Wechsel von den fossilen Brennstoffen hin zu regenerativen Energien schaffen. Die Elektromobilität kann aber gerade an dieser Stelle, bei der befürchteten Klimakatastrophe aufgrund der hohen CO2-Emission einen entscheidenden Beitrag leisten, nämlich unter Berücksichtigung nicht fossiler Energien für eine möglichst CO2 -freie Mobilität. Durch die Möglichkeit der Nutzung verschiedener Energieträger zur Stromerzeugung aber in verstärktem Maße der erneuerbaren Energien, kann der Verbrauch endlicher fossiler Ressourcen und der Ausstoß schädlicher Klimagase zurückgefahren werden.

Viele Fragen sind noch zu beantworten und zahlreiche Probleme zu lösen, z.B. die Reichweite der Elektrofahrzeuge und die Kosten der Batterien, Lithium-Verfügbarkeit, Infrastruktur der Stromversorgung für die Fahrzeuge, Normung und Standardisierung. Dennoch werden auch schon jetzt viele hohe Erwartungen an die Elektromobilität gestellt, wenngleich man auch die noch zu lösenden Probleme, die Kosten und die zu erwartenden Einführungszeiträume nicht unterschätzten darf. Der flächendeckende Einsatz der Elektromobilität ist eine wichtige und ambitionierte Zukunftsaufgabe, sie braucht Perspektiven, eine Übergangsstrategie, Anreize für den Autofahrer, Unterstützung und vor allem Entwicklungszeit. Eine der Übergangsstrategien ist der sanfte Übergang vom momentanen Antrieb mit dem Verbrennungsmotor hin zum Hybridfahrzeug und erst mit einer künftigen Verfügbarkeit einer effizienten Batterietechnik der vollständige Übergang auf den unmittelbaren Elektroantrieb. Dazwischen kann auch die Brennstoffzelle mit der Wasserstofftechnologie Brücken schlagen. Letztlich ist aber die ‚Brennstoffzellentechnik in Ihrer Gesamteffizienz - also die Einbeziehung der H2-Produktion über Elektrolyse und Kompression, der H2-Verteilung und Energieumwandlung von Wasserstoff und Sauerstoff in der Brennstoffzelle einem direkten batterie-elektrischen Antrieb unterlegen.

Bis der Elektroantrieb salonfähig wird, sind noch eine Menge Hausaufgaben zu machen, u.a. eine einfache und sichere Elektro-Infrastruktur mit Elektrotankstellen zu etablieren, diese gegen Vandalismus zu schützen, eine einfache Tarifgestaltung und Abrechnung zu etablieren mit freier Wahl des Stromanbieters, die Bereitstellung entsprechender Netzkapazitäten, die Erprobung von Wechselbatterien gerade bei geschlossenen Fahrzeugflotten und ein effizientes Recycling bei den nur begrenzt verfügbaren Batterierohstoffen (z.B. Lithium), eine Normung und Standardisierung bei den Steckdosen und Steckern incl. Schnellladung, einheitliche Lastenhefte der Automobilhersteller zu den Spezifikationen der Batterien, Formulierung der Sicherheitsanforderungen an die Batterien beim crash-Verhalten, die Umqualifizierung im Kfz-Gewerbe, denn wir haben es beim Elektroantrieb mit Gleichspannung bis zu 600V zu tun, Hinweise zur Ausschilderung der Elektrotankstellen sind zu gestalten, um nur einige zu nennen. Daneben sind Förderprogramme sowohl für die Hersteller als auch den Autofahrer als Anreiz zum Umstieg auf den Elektroantrieb aufzulegen. Zur Abwendung der Klimakatastrophe muss  die Elektromobilität mit dem Einsatz erneuerbarer Energien gestaltet werden, also dem nachhaltigen Primärenergieeinsatz aus Windkraft, Fotovoltaik, Geothermie, Biomasse, Wasserkraft etc..

Herr Gottstein dankte Herrn Dr. Höpfner für diese hoffnungsvollen Aussichten für eine ökologisch vertretbare Mobilität und sah darin eine ideale Einstimmung auf das am nächsten Tag beginnende Seminar. Bevor sich alle Teilnehmer zum anschließenden Stehempfang des Verbandes einfanden, der wie immer in bewährter Form vom Haus der Kirche gestaltet wurde, nahm der Bezirksvorsitzende Dipl.-Ing. Jürgen Gottstein die seltene Gelegenheit wahr, das Mitglied Dipl.-Ing. Bruno Schorpp aus Pforzheim für seine 60jährige Verbandszugehörigkeit und Dipl.-Ing. Otto Huber aus Meersburg für seine 25-jährige Verbandszugehörigkeit zu ehren und ihnen dafür mit einem Blumenstrauß und einem Buchpräsent zu danken.

Musikalisch wurde der Neujahrsempfang umrahmt von zwei Darbietungen des jungen Gitarren-Duos Dominik Schramm und Malte Schützendübel, die für ihr großartiges Können vom Publikum mit begeistertem Beifall belohnt wurden.

Am Samstag wurde die Wochenend-Veranstaltung mit dem zweitägigen Seminar fortgesetzt. Mit insgesamt 6 Referaten wurde die Elektromobilität unter unterschiedlichen Aspekten erörtert. Das Thema war in diesem Jahr offensichtlich so gut gewählt, dass das Interesse daran so groß wie schon lange nicht war und sich 52 Teilnehmer in dem neuen Seminarraum einfanden.

Tomi Engel von der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie e.V. (DGS), München machte den Auftakt und verdeutlichte in seinem sehr engagiert gehaltenen Vortrag „Die Rolle des Elektroautos im Solarzeitalter“ vor dem Hintergrund der knappen fossilen Energievorräte und wies auf die Notwendigkeit hin, davon wegzukommen und zu erneuerbaren Energien zu wechseln. Während diese Erkenntnis bei der Stromerzeugung und im Heizungsbereich langsam zu einem Umdenken führt, sieht er im Verkehrssektor die Energiewende bis jetzt noch vertagt. Eine Zukunft sieht er auch dort nur in der Verbindung mit regenerativen Energien. Nach seiner Ansicht ist der Wandel vom Verbrennungsmotor zum Elektromotor unvermeidlich, und wer sich das nicht bewusst macht und sich dementsprechend umstellt, wird sich am Markt nicht halten können.

Matthias Bähr, Teilhaber an der CITYSAX Mobility GmbH in Dresden, hat die Elektromobilität zu seinem Broterwerb gemacht. Er beschrieb, wie er von der Vermietung von Elektrofahrzeugen auf die Idee zur Entwicklung eines eigenen Fahrzeugs, des "CITYSAX" gekommen ist, das seit September 2009 auf Bestellung gefertigt wird und das er in seinen technischen Einzelheiten vorstellte. Darüber hinaus gab er einen Überblick über Elektroautos in den 90er Jahren, darunter hoffnungsvolle Entwicklungen, die zum Teil aus nicht nachzuvollziehenden Gründen nicht zur Markteinführung gelangten, und stellte heutige Prototypen und Vorserienfahrzeuge vor, sowie die heute, vor allem im Ausland erhältlichen Fahrzeugtypen.

Das Thema „Intelligente Infrastruktur für die Versorgung von Elektrofahrzeugen“ wurde von Dr. Wolfram Münch von der EnBW Energie Baden-Württemberg AG, Karlsruhe behandelt. Historisch gesehen wurde das erste Elektromobil 1881 durch den Franzosen Gustav Trouvé entwickelt, bereits im Jahr 1900 entwickelte Ferdinand Porsche für Lohner das erste Hybridfahrzeug. Neben der Strategie weg vom Öl spricht für den Elektroantrieb die Reduzierung der Lärmemissionen, die Wirkungsgraderhöhung durch Elektromotoren gerade im Teillastbetrieb, die Steigerung der Energieeffizienz durch Rekupierung, d.h. Rückgewinnung der Bremsenergie. Bei den Energieversorgern geht der Schritt zur Elektromobilität mit einer Evolution von einer momentanen statischen Infrastruktur und Nutzung hin zu einer sich entwickelnden dynamischen, sich anpassenden und „lebendigen“ Infrastruktur verbunden mit einem pro-aktiven Betriebsmanagement. Was bedeutet das im Einzelnen? Nun, regenerative Energien fallen nicht in dem Maße an, wie sich der aktuelle Verbrauch an elektrischer Energie darstellt. Windenergie steht zeitweise im Überfluss bereit, zeitweise ist auch kein Ertrag möglich, ebenso verhält es sich mit der Fotovoltaik. Das verlangt geradezu nach Netzintegration und hier kann die Elektromobilität mit vielen kleinen elektrischen Energiespeichern ihren Beitrag leisten.

Der Lieferung und der Speicherung von elektrischer Energie kommt im Zeitalter erneuerbarer Energien eine besondere Bedeutung zu. Dies intelligent mit entsprechenden Abrechnungsmodellen und Tarifen zu gestalten ist eine Herausforderung für die Energieversorger. Stichwort für diese Mammutaufgabe ist der intelligente Stromzähler, der sowohl die zeit- und tarifgesteuerte Belieferung als auch eine Entnahme der gespeicherten Energie unter dem Schlagwort des “ selbststeuernden virtuellen Kraftwerkes “ beinhalten wird. Das alles wird netzgesteuert sein über Kommunikationsnetze, sei es über das Internetprotokoll (IP) oder andere Netze wie X.25, GSM, ISDN etc., wobei wir wieder bei unserem Berufsfeld dem Kommunikationsingenieur angelangt wären. Auf dem Weg in die Energiezukunft werden uns begleiten intelligente Stromzähler, hybride Stromerzeugung, Hausgeräteautomatisierung in Verbindung mit intelligenter Netztechnik. Im Marktsegment Energie werden dezentraler Handel, Preissignale an der Steckdose, Mehrwertdienste und Systemdienstleistungen einhergehen. Die Integration der Stromkunden mit den dezentralen Erzeugern wird voranschreiten. In diesem Zusammenhang berichtete Dr. Münch von einem Projekt MEREGIO in Baden Württemberg, welches 1000 Stromteilnehmer mit 800 Verbrauchern und 200 Erzeugern physisch aber gleichsam virtuell über moderne Informationstechnik zu einem Netzwerk zusammenführt. Ziel ist die Entwicklung und Einführung von neuen Netzführungskonzepten, so genannte “Smart Grids“. Der Kern sind zeitnahe Auswertung der Zählerdaten, Bestimmung des physikalisch konsistenten Netzzustands (z.B. Blindleistung, Regelenergie), neue Steuerungskonzepte für dezentrale Energieerzeugungsanlagen, Interaktion von Erzeugern und Verbrauchern und damit die Reduzierung von Überkapazitäten, Verlusten und Engpässen vor dem Hintergrund der Energieeffizienz und Klimaverträglichkeit.

Mit dem Projekt “ escooter “ in Stuttgart wird bereits ein weiteres Projekt im Bereich Elektromobilität gefördert. Bestandteil sind 500 EnBW-Elektro-Roller für Elektro-Pioniere und 200 EnBW-Elektro-Roller in kommunalen Elektromobiltäts-Projekten in Verbindung mit 500 privaten und 100 öffentlichen Ladestationen. Ferner wird die EnBW den Aufbau eines EnBW-E-Mobilitätsportals vorantreiben. Der Vortrag hat deutlich gemacht welche Entwicklungschancen in einer intelligenten Netzsteuerung liegen. Elektromobilität ist Gegenwart und EnBW ist dabei!

Im nächsten Vortrag kam Dirk Herrmann aus Karlsruhe zu Wort, der von seinen praktischen Erfahrungen mit seinen Elektrofahrzeugen berichtete. Er begann mit einer Übersicht über die Entwicklung der Elektrofahrzeuge, die bereits Ende des 19. / Anfang des 20. Jahrhunderts begann und damals gleichberechtigt neben der Entwicklung des Verbrennungsmotors stand. War anfangs auch nicht entschieden, welche Antriebstechnik sich durchsetzen sollte, machte dann doch der Verbrennungsmotor aufgrund seiner viel größeren Reichweite das Rennen. Elektrofahrzeuge wurden zu einem Nischenprodukt, wo keine so großen Reichweiten erforderlich sind (z.B. Lieferfahrzeuge im begrenzten Umkreis) und sich dort auch gut bewährten. Nach einem Blick auf die Palette heute käuflicher Fahrzeuge ging er auf die Motive ein, die einen Autofahrer bewegen, sich heute schon für ein Elektrofahrzeug zu entscheiden. Neben einem ökologischen Grundbewusstsein und dem ganz neuen „Fahrspaß“ ohne Motorgeräusche ist es das Argument der Energieeffizienz, worin ein Elektrofahrzeug gegenüber einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor im Vorteil ist. Herr Herrmann stellte die technische Konzeption seines Elektroautos vor, ein Citroën AX électrique, Baujahr 1996 und seines Hybridfahrzeugs, ein Honda Insight, Baujahr 2000 und lud die Teilnehmer am Ende des Seminars zur Besichtigung und zur Probefahrt ein.

Dr. Jens Tübke vom Fraunhofer Institut für Chemische Technologien in Pfinztal bei Karlsruhe führte uns in die Technologie der Batterie vom morgen ein. Das Fraunhofer Institut arbeitet schwerpunktmäßig am Thema Batterien und Akkumulatoren der Zukunft von der Materialentwicklung bis hin zum Batterietest, dem Service und dem Energiemanagementsystem. Daneben wird auch an der Brennstoffzelle, an der Elektrokatalyse und an Sensoren und Analysesystemen geforscht. Kernkompetenz am ICT Fraunhofer Pfinztal sind die Forschung und Entwicklung im Bereich Materialien für Kathode und Anode, für Elektrolyte, das Zellenlayout und das Materialrecycling. Zur Batteriesystementwicklung zählen die Spezifikation der Energie- und Leistungsspeicher, Lade – und Betriebsführungsstrategien, Batterie-Monitoring, Aufbau optimierter Batteriepacks, Sicherheitskonzepte, thermische und elektrische Systemsimulation etc.. Ein vielfältiges Aufgabenspektrum im Kerngeschäft der Elektromobilität, denn was wäre das Elektromobil ohne seinen mobilen Energiespeicher.

Dr. Tübke ging auf die Leistungsdaten, u.a. die Energie- und Leistungsdichte (Maßeinheit: Wattstunden / kg) der bekanntesten Energiespeicher vom Blei-Akku über Nickel-Cadmium, Nickel-Metallhydrid, Na-S und Na-SO2, Li-Ionen bis hin zu Supercap ein. Dabei erläuterte er die Technik und das Prinzip der thermodynamischen und elektrochemischen Zusammenhänge einer Batterie. Für die Darstellung der Vor - und Nachteile der einzelnen Batteriespeicher nahm sich Dr. Tübke ausreichend Zeit. Die Technik der Li-Ionen-Batterie als zukunftweisende Technik erläuterte er von den ablaufenden chemischen Prozessen bei der Ladung und Entladung, der Ausgestaltung von Kathode, Anode und Elektrolyt, den unterschiedlichen Bauformen, den Charakteristiken der unterschiedlichen Kathoden- und Annoden-Materialien. Dabei spielt auch zunehmend die Nanotechnologie ein bedeutende Rolle bei der Entwicklung der Annodenstruktur mit sogenannten Nano-Tubes (Röhren). Hier holt uns das Thema eines IfKom-Seminars aus dem Jahr 2007 wieder ein.

Eine besonderer Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt ist die Technik der Redox-Flow-Batterien am ICT Fraunhofer in Pfinztal. Die Forschungsfelder sind neue Elektrolytsysteme, die Elektrodenoptimierung und die Membranentwicklung. Die Redox-Flow-Batterien besitzen einen hohen Gesamtwirkungsgrad, lange Lebensdauer und hohe Ladungszyklenfestigkeit, einen flexiblen Aufbau (Trennung von Energiespeicher und -wandler), schnelle Ansprechzeit im microsekunden-Bereich, sind leicht skalierbar, haben hohe Überlade- und Tiefentlade-Toleranz, geringen Wartungsaufwand und keine Selbstentladung. Der Vortrag gab einen Einblick in die komplexe Welt der Forschung und Entwicklung der elektrischen Energiespeicher und der anspruchsvollen Arbeit am ICT Fraunhofer in Pfinztal.

Uwe Deller von der Adam Opel GmbH in Rüsselsheim erläuterte den Übergang im Hause GM zur Elektromobilität mit der Entwicklung des “Chevrolet Volt“ für den amerikanischen Markt und dem nahezu baugleichen Modell “Ampera“ hier in Europa. GM hat eine stolze Vergangenheit in Sachen Elektromobilität mit dem Elektrofahrzeug EV1 in den USA. Nur noch wenige dieser Fahrzeuge existieren in Museen und sie sind eigentlich voll elektrotauglich, wie die Fahrversuche ergeben haben. Seinerzeit war jedoch aufgrund des niedrigen Ölpreises und der noch geringen Klimaveränderung die Zeit nicht reif für diese Entwicklung. Opel hat die sich anbahnende Veränderung im Antriebsystem gerade im Individualverkehr aufgegriffen und wird im Jahr 2011 das Modell “Ampera“ als Mittelklassefahrzeug mit bis zu 60 km elektrischer Reichweite und 4-5 Sitzplätzen in Verbindung mit einem kleinen Verbrennungsmotor zur Reichweitenverlängerung (Stichwort: Extended Range) bis zu 500km Reichweite anbieten. Das Fahrzeug wird mit einer Li-Ionen-Batterie ausgerüstet sein, die im Fahrzeugtunnel untergebracht sein wird. Der Ampera wird mit einem intelligenten Lademanagement ausgerüstet sein, das dem Fahrer alle Eingriffe in das Batteriemanagement abnehmen wird , incl. Tiefentladeschutz zur Schonung der Batterie. Opel hat im Rahmen einer Untersuchung die mittleren Tagesfahrstrecken untersucht und ist vor dem Hintergrund der noch teueren Batterietechnik zu dem Ergebnis gekommen, dass 60km Elektromobilität für den Start des Ampera in 2011 mit einem marktgängigen Preis (nicht wesentlich mehr als 5000,- € als ein Serienfahrzeug mit Verbrennungsmotor) marktfähig sein wird. Alle Seminarteilnehmer waren von der Vorstellung des Fahrzeugkonzepts angetan.

Aus den Reaktionen der Teilnehmer war zu entnehmen, dass das Seminar sehr gut aufgenommen wurde und dass alle nach einem anstrengenden, aber auch interessanten und informativen Wochenende zufrieden nach Hause fahren konnten. Am insgesamt guten Gelingen trug nicht nur die geglückte Auswahl der Referenten bei sondern auch die angenehme Atmosphäre und die gute Betreuung in der Tagungsstätte der Ev. Akademie in Bad Herrenalb.

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