Umwelt + Ressourcen 17 INTERNATIO NALES VERKEHRSWESEN (62) 3/ 2010 Hubert Steinkemper Wettlauf um die zweite Erfindung des Automobils Elektromobilität als Baustein einer nachhaltigen Klima-, Energie- und Wirtschaftspolitik D as System Auto steht vor der größten Herausforderung seiner Geschichte: Das globale Verkehrswachstum verstärkt den Verteilungskampf um das Erdöl und gefährdet aufgrund rapide ansteigender Emissionen eine wirksame Klimapolitik. Elektrische Antriebe sind hocheffizient - dem Kampf gegen den Klimawandel dienen sie aber nur, wenn sie erneuerbar tanken. Richtig eingesetzt bietet Elektromobilität die Chance, zentrale Ziele der Umweltpolitik mit einer nachhaltigen Industrie- und Verkehrspolitik sinnvoll zu verbinden. D er Autor MinDir Hubert Steinkemper, BMU, Robert-Schuman-Platz 3, 53175 Bonn, hubert.steinkemper@bmu.bund.de S eit mehr als 100 Jahren ist das Auto ein steter Begleiter. Wie selbstverständlich entwickelte es sich dabei zu mehr als einem bloßen Fahrzeug. Nicht wenige verbinden mit dem eigenen Pkw die erste Auslandsreise, den spontanen Besuch alter Freunde oder gar das erste Rendezvous. Auch das eigene Haus am Stadtrand rückte für viele erst durch die Massenmotorisierung der 1960er Jahre in greifbare Nähe. Kaum ein anderer Gegenstand ist auf diese Weise mehr zum Symbol der Moderne geworden als das Auto. Der Alltag unserer (postmodernen) Zeit sieht hingegen oft anders aus. Die tägliche Fahrt zur Arbeit, zum Einkaufen oder zur Kita ist nicht selten mit Stillstand, Stau und Stress verbunden. Nicht zu vergessen die anderen Verkehrsteilnehmer, die Lärm, Abgase und Gefährdungen hinnehmen. Allfällige Reparaturen und der Blick auf die Tankquittung tun ihr Übriges, um mit dem Auto statt „ Freiheit“ vor allem einen Kosten- und Zeitfaktor zu assoziieren. Vergrößern wir den Blickwinkel noch ein wenig und verlassen die individuelle Perspektive. Bis 2030 - so zeigen Prognosen - wird sich die globale Pkw-Flotte verdoppeln. 1 Vor allem in Schwellenländern wie China, Indien, Brasilien u. a. steigt der Bedarf an individueller und wirtschaftsbedingter Mobilität. Waren in Peking im Jahr 1997 noch eine Million Pkw zugelassen, wurde Ende 2009 die Vier-Millionen-Grenze überschritten. 2 Ölknappheit und Klimawandel erfordern einen Paradigmenwechsel Zwei bedeutsame Entwicklungen flankieren diesen Trend. Zum einen lässt die Motorisierung den Durst nach Erdöl und seinen Derivaten kräftig ansteigen. So rechnet selbst die als eher moderat bekannte Internationale Energie-Agentur IEA, deren viel beachteter World Energy O utlook 2009 gerade erschienen ist, damit, dass das Fördermaximum - der sogenannte Peak O il - bereits um 2020 zu erwarten ist. 3 Vor diesem Hintergrund ist etwa China derzeit bestrebt, sich den Zugang zu Reserven im südlichen Amerika und Afrika zu sichern. Denn das Wirtschaftswachstum ist hier wie dort bislang stark an einen zuverlässig fließenden Verkehr geknüpft. Und dieser basiert, vor allem auf der Straße, fast vollständig auf flüssigen Kohlenwasserstoffen. Solche Verbindungen bietet nicht nur Erdöl, auch Kohle kann als Ausgangsstoff dienen. Und da die Wirtschaft stets so sensibel auf den Ö lpreis reagiert hat, schickt sich China, das Land mit den zweitgrößten Reserven an Steinkohle weltweit, an, sein Wachstum künftig zur Not auch mit CtL- Kraftstoff (Coal-to-Liquid) zu befeuern. Die Energieeffizienz eines solchen Verfahrens ist verheerend, was uns zum zweiten Punkt führt. Der Verkehrssektor ist in westlichen Regionen wie der EU der Bereich, in dem die CO 2 -Emissionen weiter ansteigen. Die Effizienzgewinne bei den Fahrzeugen reichen bisher nicht aus, um das Mengenwachstum zu kompensieren. Bedenken wir, dass der Anstieg der Verkehrsleistung fernab von Europa noch weitaus drastischer ausfällt, wird schnell deutlich, dass sich der Verkehrssektor als Sorgenkind des Klimaschutzes darstellt. Im Hinblick auf das in Kopenhagen noch einmal bekräftigte Ziel, die Erderwärmung auf maximal 2 °C über dem vorindustriellen Level zu begrenzen, heißt das: Wir müssen rasch handeln. Denn je später das Sinken der globalen Treibhausgasemissionen einsetzt, desto schwieriger und vor allem teurer wird es. Kommen wir auf Deutschland zurück: Eine CO 2 -Reduktion um 40 % bis 2020 ist festes Ziel der Bundesregierung. Energiewirtschaft und Industrie sind auf gutem Wege, ihren Teil beizutragen. Auch im Bereich der Gebäude (dies schließt Privathaushalte ein) tut sich viel, und zwar mit Nutzen für Klima und Bewohner. Denn energetische Sanierung drückt sich unmittelbar in einer niedrigeren Heizkostenrechnung aus. Die Emissionen des Verkehrs hingegen sind seit 1990 nicht gesunken. Mehr als 95 % davon gehen auf das Konto des Straßenverkehrs. Was liegt daher näher, als Effizienzziele auch im Verkehr zu verankern? Mit der CO 2 -Verordnung der EU - den sogenannten Flottengrenzwerten für Neuwagen - ist ein erster Schritt getan. Um diese Vorgaben zu erreichen, können wir vor allem an zwei Stellschrauben drehen: der Effizienz herkömmlicher Antriebe oder der Entwicklung neuer Antriebe. Vor dem Hintergrund von Ölproblematik und Klimawandel, aber Abb. 1: Indexierte Entwicklung der Treibhausgasemissionen in der EU-27, Index 1990 = 100 Datenquelle: World Resources Institute 2010 (CAIT) Umwelt + Ressourcen 18 INTERNATIO NALES VERKEHRSWESEN (62) 3/ 2010 auch von Umweltinnovation und Wachstum ist die Bundesregierung der Überzeugung, dass wir beides brauchen werden. Sie hat daher im August 2009 den Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität (NEP-E) verabschiedet. Ergänzend zu den verkehrspolitischen Zielen der Verkehrsvermeidung und -verlagerung unterstützt er eine ressourcenschonende Realisierung von Verkehrsbedürfnissen als Säule der integrierten Umwelt- und Verkehrspolitik. Standortstärkung durch innovative Umwelttechnologien Ziel des von BMU, BMWi, BMVBS und BMBF in gemeinsamer Federführung formulierten NEP-E ist es, die Forschung und Entwicklung, die Marktvorbereitung und die Markteinführung von batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugen in Deutschland voranzubringen. Die Entwicklung des Marktes bis 2020 soll in drei Phasen erfolgen: Phase der Marktvorbereitung bis 2011, Phase des Markthochlaufs (bis 2016) und Phase des Volumenmarktes ab 2017. Bis 2020 sollen eine Million Elektrofahrzeuge auf dem deutschen Markt sein und Deutschland zum Leitmarkt der Elektromobilität entwickelt werden. 4 Diese Leitmarke ist keinesfalls ein Selbstzweck. Sie definiert vielmehr einen Rahmen für das Kernziel der Bundesregierung: Die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Automobilindustrie als Leitbranche zu erhalten und zu stärken sowie zugleich den energie- und klimapolitischen Herausforderungen angemessen - das heißt ökologisch, wirtschaftlich und sozial nachhaltig - zu begegnen. Wie kann dies gelingen? Der Schlüssel zum Erfolg im „ Wettlauf um die zweite Erfindung des Automobils“ - wie Daimler-Chef Zetsche kürzlich formulierte - liegt im Aufbau von Kompetenzen. Nur im Zusammenspiel von Industrie, Wissenschaft und Forschung entstehen marktfähige Innovationen. Im Fall der Elektromobilität treffen dabei Akteure aufeinander, die bisher nur wenig miteinander zu tun hatten. Denn neben den klassischen Automobilherstellern spielen die Energieversorger eine wichtige Rolle. Sie können dafür sorgen, dass Elektroautos intelligent ins Netz eingebunden und mit CO 2 -armem Strom betankt werden. Beides ist von großer Bedeutung für den Klimaschutzeffekt. Denn nur ein E-Mobil, das mit Strom aus erneuerbaren Q uellen fährt, ist nicht nur lokal emissionsfrei, sondern whell-towheel - also von der Energiequelle bis zum Rad - fast ein Nullemissionsfahrzeug. In Abbildung 2 werden zwei Gesichtspunkte deutlich. Zum einen ist die Neuwagenflotte Deutschlands derzeit noch weit vom Flottengrenzwert von 120 g CO 2 / km (bezogen auf den Fahrzeugbetrieb) entfernt, der bis 2015 schrittweise eingeführt wird, Zum anderen bieten Elektroautos, deren Batterien mit dem deutschen Durchschnittsstrom geladen werden, klimatechnisch kaum Vorzüge gegenüber hocheffizienten, künftigen Dieselfahrzeugen. Erst die Betankung mit erneuerbarem Strom macht aus Elektrofahrzeugen eine Innovation, die zum Klimaschutz und zur Technologieführerschaft der deutschen Automobil- und Energiewirtschaft beiträgt. Erneuerbare Energien und Elektromobilität beflügeln sich gegenseitig Unter Netzintegration verstehen wir weitaus mehr als das bloße Betanken mit grünem Strom. Denn mit dem Zuwachs an erneuerbaren Energiequellen nimmt das Angebot an zeitlich fluktuierender Energie zu. Bislang werden diese Schwankungen durch flexibel steuerbare konventionelle Kraftwerke aufgefangen. Jedoch ist die Bereitstellung dieser Regelenergie kostenintensiv und senkt die Effizienz der Großkraftwerke. Darüber hinaus ist etwa das Angebot von Windstrom zu bestimmten Zeiten schon jetzt so groß, dass ein Teil der Leistung ungenutzt abgeregelt werden muss. In der Nacht auf den 26.12.2009 war dies zum Beispiel im gesamten ostdeutschen Netzbereich der Fall: Starker Wind ließ die Windräder Brandenburgs und Mecklenburg-Vorpommerns so kräftig Strom produzieren, dass selbst das Herunterregeln der Kohlekraftwerke und Hochfahren der Pumpspeicher in Sachsen und Thüringen nicht ausreichten, um den Strom einspeisen zu können. In einem intelligenten Netz könnten künftig Elektroautos genau dann laden, wenn EE-Strom im Überfluss vorhanden ist. Für die Nutzer hätte dies einen netten Nebeneffekt: Zu solchen Überflusszeiten wird Strom an der Leipziger EEX zu negativen Preisen angeboten, das heißt, für die Produzenten ist es billiger, den Strom zu subventionieren als Kraftwerke zu drosseln. Die Versorger hätten somit die Möglichkeit, sehr günstige flexible Tarife anzubieten. Dieses System des gesteuerten Ladens erprobt das BMU derzeit in Feldversuchen im Rahmen des Förderprogramms der Bundesregierung. Dieser Ansatz birgt weitergedacht noch weitere Vorteile: Die Batterie als Herzstück des Elektroautos wäre in der Lage, Strom ans Netz zurückzuliefern, wenn die Nachfrage besonders groß ist. So könnten nicht nur Nachfragedellen ausgeglichen, sondern auch Nachfragespitzen mit zusätzlichem, in der Batterie zwischengespeichertem Grünstrom ausgeglichen werden, für die sonst CO 2 -intensive fossile Kraftwerke einspringen müssten. Eine große Flotte von E-Mobilen käme dabei auf beachtliche Summen an zusätzlicher Regelenergie. Neue Geschäftsmodelle stärken M arkt und Nutzerakzeptanz Die Gedankenspiele zur Netzintegration verdeutlichen, welchen Wert Elektroautos für die Energiewirtschaft haben können. Mehr als im zusätzlichen Stromabsatz liegt der Nutzen im Nachfrage- und Speichermanagement. Das Beispiel der Negativpreise an der EEX zeigt, dass hier bares Geld verborgen liegt, was dereinst clevere Geschäftsmodelle hervorbringen wird. Denkbar wäre etwa, dass der Käufer eines Elektroautos die - bislang sehr teure - Batterie nicht mitkauft, sondern vom Energieversorger zu einem geringen Preis least. Letzterer würde die Batterie in sein intelligentes Netz einbeziehen und ein vorab mit dem Nutzer vereinbartes Lade- und Rückspeisungskontingent ausschöpfen. Weitere Komponenten wie Fahrzeugleasing, Garantieleistungen, stationäre Batterienutzung nach dem mobilen Einsatz und so weiter können ein Komplettpaket bilden, bei dem noch nicht klar ist, wer es letztlich anbietet: Der Stromversorger, der Autohersteller, der Batterieproduzent oder ein externer Mobilitätsdienstleister? Von der endlichen Ressource Öl war bereits die Rede. Ein zu langes Warten hat sich Abb. 2: CO 2 -Ausstoß verschiedener Energiepfade Q uelle: BMU, 2009. Daten nach KBA, eucar/ concawe5. Verbrauch 4 l Diesel bzw. 18 kWh/ 100 km Abb. 3: Schema Windkraftüberschuss im Stromnetz Umwelt + Ressourcen 19 INTERNATIO NALES VERKEHRSWESEN (62) 3/ 2010 in der Vergangenheit bereits mehrfach als nachteilig erwiesen - denken wir an die Ölkrisen der 70er Jahre oder die jüngste Hausse der Jahre 2006 bis 2008. Mit erneuerbaren Energien wird auch der Verkehr unabhängig von importierten fossilen Q uellen. Auf der anderen Seite rücken mit Elektroautos neue Ressourcenaspekte ins Blickfeld. Lithium und Kobalt, wichtige Bestandteile moderner Akkumulatoren, und sogenannte Seltenerden als Rohstoff für die Magnete in Elektromotoren sind endliche Rohstoffe. Eine ganzheitliche Ressourcenstrategie muss daher schon jetzt berücksichtigen, dass möglichst viele Komponenten von vornherein auf Wiederverwertbarkeit ausgelegt sind. Für wen bieten sich Elektroautos als Alternative an? Kommen wir zum Schluss auf die Ebene des einzelnen Nutzers zurück. Zu Recht stellen sich für viele Autofahrer Fragen der Reichweite, der Kosten und des Betankens mit Strom. Die Batterie eines rein elektrischen Fahrzeugs reicht derzeit für etwa 150 km. Die Ergebnisse der jüngsten MiD-Erhebung 6 zeigen, dass der durchschnittliche Deutsche pro Tag eine Entfernung von 40 km zurücklegt, also nur etwa ein Viertel des Batteriepotenzials ausnutzt - und auch das nur dann, wenn alle Wege mit dem Pkw zurückgelegt werden. An im Schnitt zwei von fünf Tagen steht das Auto jedes Halters jedoch still. Was bedeutet das für die Nutzung von Elektroautos? Erstens: Sie decken nicht alle Wege ab. Zweitens: Sie decken die meisten Wege spielend ab. Drittens: Es kann viel günstiger (und komfortabler) sein, bei langen Wegen auf Bahn oder Mietwagen umzusteigen als für zwei Urlaubs- und drei Dienstfahrten im Jahr ein großes Auto zu unterhalten. Intermodalität ist hier das Stichwort. Denken wir an die Vielzahl von Fahrten im Wirtschaftsverkehr - etwa Lieferdienste der Post - so ist schon heute jedes E-Mobil völlig ausreichend. Dabei gilt: Je häufiger die Nutzung, desto geringer die Mehrkosten der Batterie. Denn jede Tankfüllung ist im Vergleich zum Benziner um mehr als die Hälfte billiger. 7 Auch das Thema Ladeinfrastruktur wird für die Vielzahl früher Nutzer kein Thema sein. Benötigt wird eine Steckdose daheim und in seltenen Fällen eine weitere am Arbeitsort. Dazu beobachten wir, dass die Energieversorger bisher aus eigener Initiative Ladesäulen im öffentlichen Raum errichten. Wem dennoch viel an spontanen weiten Fahrten gelegen ist, wird vielleicht einen Zweitwagen behalten oder auf ein Fahrzeug mit Reichweitenverlängerer (range extender) umsteigen, der die Batterie mit Hilfe eines kleinen Verbrennungsmotors bei Bedarf nachlädt. Auf diese Weise lassen sich vergleichbare Reichweiten erzielen wie mit herkömmlichen Autos. W er das Elektroauto bremst, überlässt den W ettbewerbern das Feld Blicken wir in die Zukunft. Japan hat sich beim Thema Hybrid an die Spitze gesetzt, in den USA und China gehen ambitionierte Newcomer mit Elektrofahrzeugen an den Start und Frankreich stützt mit einem umfassenden Programm die nationalen Champions. Hieran wird erneut deutlich: Elektromobilität ist unerlässlich für Umwelt und Klima, aber ebenso geht es um die Stärkung des Standorts Deutschland. Die Bundesrepublik setzt weltweit Maßstäbe in der Automobiltechnik und im Bereich Umwelt- und Klimatechnologien. Wenn es uns gelingt, diese Stärken zu vereinen und einen neuen Entwicklungspfad Schritt für Schritt zu etablieren, werden am Ende alle profitieren - die Umwelt, die Wirtschaft, die Auto- und die Nicht-Autofahrer. Gemeinsam mit der Bundesregierung verfolgt das Bundesumweltministerium dieses Ziel und unterstützt mit seinem Förderprogramm bis 2011 Anwendungs- und Forschungsprojekte mit 100 Mio. EUR. Sobald ab 2011 die ersten deutschen Hersteller elektrische Serienfahrzeuge auf den Markt bringen, ist aus Sicht des Bundesumweltministeriums auch ein Marktanreizprogramm für die ersten, noch preisintensiven Elektroautos zu befürworten. 1 O ECD (2008): Environmental O utlook 2030, Paris. 2 w w w. ch in a d a ily. co m . cn / ch in a / 2 0 0 9 - 1 2 / 1 5 / co n tent_9183351.htm 3 www.e co n o mist .co m / b u sin e ssfin a n ce / displa yst o ry. cfm? story_id=15065719 4 www.bmu.de/ verkehr/ elektromobilita et/ nationaler_ entwicklungsplan/ doc/ 45042.php 5 http: / / ies.jrc.ec.europa.eu/ WTW bzw. http: / / www. kba.de/ cln_015/ nn_124584/ DE/ Statistik/ Fahrzeuge/ fahrzeuge__node.html? __nnn=true 6 www.mobilitaet-in-deutschland.de/ 02_MiD2008 7 Verbrauch von 20 kWh bzw. 6 l/ 100 km, entsprechend Anfang 2010 4 EUR bzw. 8,50 EUR. Abb. 4: Vergleich primärenergetischer Wirkungsgrade Benzin versus EE-Strom Q uelle: BMU nach Kendall, Gary (2008): Plugged in. Brüssel Primärenergetisch ist ein Antrieb auf elektrischer Basis dem konventionellen Verbrennungsmotor weit überlegen. Dies gilt besonders für batterieelektrische Fahrzeuge, die selbst bei Ladung mit Kohlestrom (Wirkungsgrad Deutschland circa 38 % ) noch effizienter als Benziner sind. Brennstoffzellenfahrzeuge hingegen, die mit Wasserstoff auf Kohlestrombasis fahren, schneiden in diesem Fall deutlich schlechter ab und erreichen mit 10 % Gesamtwirkungsgrad nur die Hälfte desjenigen eines herkömmlichen Pkw. Summary The race for the second automotive invention After more than hundred years of combustion engines we note a compelling shift to advanced powertrains. A main driver is the global transport growth which exacerbates oil dependency and impedes tackling climate change properly. Electric drives are highly efficient - they only contribute to CO 2 mitigation though if they run on renewable energy. The potential of smart grid integration is tremendous: Demand side management and vehicle to grid systems help to cope with increasing supply of wind and solar energy. Moreover they enable utilities to provide flexible rates which facilitate new business models for batteries, still being very expensive at present. The Federal Government of Germany is convinced that electric mobility - appropriately implemented - can prove highly beneficial to both environment and economy.