18.02.2017

MobilitätRevolutionäre Zellen

Ausgerechnet Renault und Opel bringen die ersten Elektroautos heraus, die hohe Reichweiten bieten und trotzdem bezahlbar sein sollen. Möglich wird dies durch verbesserte Batterien. Doch wie alltagstauglich sind die neuen Strommobile wirklich?
Der französische Automobilhersteller Renault steht in erster Linie für nichts. Dass die blasse Marke mehrfach die Formel-1-Weltmeisterschaft gewann, dürfte so wenigen Menschen bewusst sein wie die überraschende Tatsache, dass sie derzeit eines der fortschrittlichsten Autos der Welt im Programm hat.
Es ist ein Kleinwagen mit der Modellbezeichnung Zoe. Er fährt mit Strom – und neuerdings fast doppelt so weit wie sein Vorgänger: in der gültigen europäischen Normmessung 400 Kilometer mit einer Batterieladung.
Der Wert ist umso erstaunlicher, als der Akku, mit dem das geht, nicht mehr Platz einnimmt als der etwa halb so starke zuvor und den Wagen auch kaum teurer macht. Mit einem Preis von 32 900 Euro ist der Zoe der erste Vertreter einer neuen Entwicklungsstufe von Elektroautos, die von einem achtbaren Fortschritt der Batterietechnologie profitieren. Der nächste wird – noch eine Überraschung – ein Opel sein.
Gegen Mitte des Jahres will die Tochter des amerikanischen GM-Konzerns, derzeit auf der Wunschliste von Peugeot, die ersten Exemplare des Ampera-e in den Handel bringen; das kompakte Allzweckauto soll im Normzyklus mit einer Batterieladung mehr als 500 Kilometer weit fahren, der Preis aber unter 40 000 Euro bleiben.
Das Signal ist eindeutig: Die etablierten Autokonzerne wollen die Herrschaft zurückbekommen über das Auto der Zukunft. Sie wollen sich nicht mehr von einem kalifornischen Branchenneuling vorführen lassen, sondern das schneller leisten, was Tesla sich erst für die nahe Zukunft vornimmt: ein gebrauchstüchtiges Elektroauto anzubieten, das auch normale Menschen bezahlen können. "Unser Auto", sagt Opel-Manager Ralf Hannappel über den Ampera-e, "wird die Tür öffnen zum Massenmarkt Elektromobilität."
Wie schnell und wie weit diese Tür aufgeht, muss sich aber noch zeigen. Zuerst stellt sich die Frage: Warum stoßen Renault und Opel sie auf? Wo bleiben die prestigereichen Firmen Mercedes, BMW und Audi?
Deutschlands PS-Elite hat den Aufbruch in die Elektromobilität gründlich vermasselt. BMW verhob sich mit einer Leichtbau-Initiative, die am Ende mehr Geld fraß, als spürbare Effekte brachte. Heraus kam das Modell i3; es sieht erklärungsbedürftig aus und ist dem günstigeren Renault Zoe technisch unterlegen.
Mercedes und Audi gingen noch zögerlicher und ohne klare Strategie in die neue Ära, tüftelten an Starkstrom-Sportwagen à la Tesla – und begruben sie bald. Frühestens im kommenden Jahr werden sie nun gebrauchstüchtige E-Autos mit Reichweiten von 500 Kilometern und mehr in den Handel bringen.
Audi entschied sich für ein E-SUV, das oft fälschlich als "Q6" bezeichnet wird, tatsächlich aber "e-tron quattro" heißen soll. Wirklich im Rückstand zu anderen Herstellern fühlt sich Projektleiter Siegfried Pint nicht. Er sagt, es sei "eher eine angebotsseitige Aufholjagd als eine technologische", womit die Haftgrenze sophistischer Rhetorik erreicht sein dürfte. "Jeder, der ein neues Produkt bringt, macht jetzt enorme Sprünge in der Reichweite", setzt Pint hinzu, denn die Batteriezellenentwicklung befinde sich, grafisch dargestellt, "in einer Linkskurve"; sie geht also stramm nach oben.
Diese Fortschrittskurve muss aber noch lange ansteigen, wenn am Ende ein Batterieauto herauskommen soll, das die Langstreckentauglichkeit eines konventionellen Pkw erreicht. Die im Normzyklus ermittelten Reichweiten werden rasch zur Illusion, wenn der E-Mobilist tatsächlich auf die Reise geht. Die Prüfstandsfahrt bildet vorwiegend Stadtverkehr ab, mithin einen Geschwindigkeitsbereich, in dem der Elektromotor enorm sparsam arbeitet und bei jeder Bremsung auch noch Energie in den Akku zurückspeist. Eine Autobahnfahrt bedeutet dagegen eine unentwegte und starke Batterieentladung.
Der SPIEGEL unternahm mit dem Renault Zoe eine 450 Kilometer weite Probefahrt von der Importzentrale des Herstellers in Brühl bei Köln zum Redaktionssitz in Hamburg. Die Reise dauerte einschließlich zweier Ladepausen zehn Stunden. Das Durchschnittstempo entsprach also etwa der Höchstgeschwindigkeit eines Mopeds.
Obendrein lieferte die Reise einige Erkenntnisse über die rätselhafte Bedienbarkeit derzeitiger Stromzapfsäulen. Der Testfahrer war mit einer von Bosch für die Renault Deutschland AG entwickelten App unterwegs, die als eine Art elektronischer Generalschlüssel die E-Tanksäulen verschiedener Stromanbieter freischalten soll.
Gleich beim ersten Tankstopp misslang das Stromzapfen. Ein kundiger Renault-Mitarbeiter aktivierte den Anschluss mit einem telematischen Ferneingriff. Bei der zweiten Ladepause war solche Mühe nicht nötig: Zu Werbezwecken verschenkte der Anbieter dort seinen Strom an durchreisende E-Tanker – es sind ja noch Exoten.
Sollte ein Unternehmensberater sich der Sache annehmen, könnte er den Stromanbietern empfehlen, alle Ladesäulen mit Lesegeräten für EC- und Kreditkarten auszustatten.
Das dürfte nicht die größte Hürde auf dem Weg zur Elektromobilität sein. Diese ist nach wie vor physikalisch-chemischer Natur: Autos auf Fernfahrten sind Energiefresser und Batterien noch immer sehr schlechte Energiespeicher: Im Lkw-Tempo um die 90 km/h und mit laufender Heizung verbraucht der Zoe etwa 15 Kilowattstunden pro 100 Kilometer, kommt also höchstens 250 Kilometer weit, um mit einer kleinen Reserve die nächste Zapfstelle zu erreichen. Fährt man hingegen konstant mit der auf Autobahnen üblichen Richtgeschwindigkeit von 130 (sehr viel mehr schafft der Wagen ohnehin nicht), steigt der Verbrauch auf rund 24 Kilowattstunden, und die Reichweite sinkt auf gut 150 Kilometer.
Beim zügigen Nachladen mit 22 Kilowatt füllt sich der Akku innerhalb von rund anderthalb Stunden auf etwa 80 Prozent; der kundige Elektrofernfahrer macht dann auch Schluss, weil der Akku auf den letzten 20 Prozent sehr viel träger Ladung aufnimmt. Die nächste Fahretappe fällt dann aber entsprechend kürzer aus.
Batterieladen sei wie Bierzapfen, sagt Opel-Ingenieur Hannappel: "Oben kommt der Schaum." Auch der Ampera-e kann seine volle Batteriekapazität nicht nutzen, wenn das Tanken schnell gehen soll. Immerhin soll der Elektro-Opel den Strom mehr als doppelt so schnell aufnehmen wie der Zoe: maximal 50 Kilowatt Ladeleistung. Die Versuchsingenieure, die das Modell derzeit letzten Praxistests unterziehen, fahren bevorzugt von Rüsselsheim in die mehr als 400 Kilometer entfernten Alpen. Und das funktioniere recht gut, versichert Projektleiter Rainer Bachen. Auch bei harter Beanspruchung komme der Wagen gut 300 Kilometer weit.
Doch was ist hart? Und was ist weit genug? Wie lang darf die Tankpause sein? Was werden die Menschen in Zukunft von ihrem Auto erwarten? Werden sie auf Langstrecken ohnehin nicht mehr die Straße nutzen – oder das Elektroauto nur als Zweitwagen?
Stefan Niemand, verantwortlich für das Thema Elektrifizierung bei Audi, hat zwar noch kein Produkt, aber einen kompromisslosen Anspruch: "Das entscheidende Kriterium für den Durchbruch des Elektroautos wird die Erstwagentauglichkeit sein." Er will "keine grüne Banane auf den Markt bringen". Audi lebt, wie Mercedes und BMW, von teuren Autos; die Kunden dieser Marken werden kaum bereit sein, Luxuspreise für kompromissbehaftete Produkte zu zahlen.
Doch Batterieautos, die wie moderne Diesel-Pkw mit Tempo 180 von München nach Berlin fahren können, ohne anzuhalten, wird es womöglich noch lange nicht geben. Audi-Manager Niemand sieht als wichtigsten Zwischenschritt eine drastische Verkürzung der Tankpause: "Sie mögen heute noch darüber lachen, aber wir werden übermorgen mit einem Megawatt laden."
Wenn das gelänge, würden 100 Kilowattstunden innerhalb von sechs Minuten in den Akku sausen; das wäre fast schon vergleichbar mit der Füllzeit eines Erdgasautos. Ein schöner Traum, doch die deutschen Autokonzerne können ihn aus eigener Kraft nicht wahr werden lassen. Die Stromkonzerne sind gefragt. Eine Autobahntankstelle, die täglich Tausende Megawatt-Tanker bedienen soll, hätte den Stromverbrauch einer Kleinstadt.
Und dann bleibt noch die Frage: Welche Akkuzelle soll das aushalten? "Batterien sind wie Menschen", sagt Opel-Entwickler Bachen: "Sie fühlen sich am wohlsten bei etwa 20 Grad und bevorzugen gemächliches Aufnehmen und Abgeben von Energie."
Je schneller eine Batterie geladen wird, desto schneller altert sie und verliert Kapazität. Im Auto muss ein Akku aber 1000 Ladezyklen und mehr unbeschadet überstehen, denn Lithium-Akkus sind so teuer, dass ein Ausfall einem Totalschaden gleichkommt. Ein Akku mit einem Energieinhalt von einer Kilowattstunde kostet derzeit etwa 200 Euro, das 60-kWh-Paket im Ampera-e also 12 000 Euro.
Der kalifornische E-Pionier Tesla bietet mit seinen 120-Kilowatt-Ladesäulen das Maximum, das bislang im Straßenverkehr realisiert wurde. Wie gut die von Tesla verwendeten Panasonic-Akkus das ertragen, bleibt abzuwarten. Professor Martin Winter, Deutschlands führender Experte im Fach Elektrochemie mit einem Lehrstuhl in Münster, hält diese Ladeleistung für "kaum noch zu steigern, ohne dass die Zellen Schaden nehmen".
Das Hauptproblem aller deutschen Autokonzerne besteht darin, dass sie von dem Bauteil, in dem gerade die Revolution stattfindet, nicht genug verstehen. Sie stellen selbst keine Batteriezellen her. Derzeit dominieren drei Zellproduzenten das weltweite Feld der Elektromobilität: Der japanische Tesla-Ausrüster Panasonic sowie die südkoreanischen Technologieriesen Samsung und LG. Die extrem kompakten LG- Zellen sind es, welche die höheren Reichweiten der E-Mobile von Renault und Opel erst möglich machen.
Daimler hatte zusammen mit dem Essener Chemiekonzern Evonik versucht, eine Art Klon der LG-Zelle zu bauen, und im sächsischen Kamenz eine Fabrik eröffnet. Das Produkt war aus Sicht vieler Experten top, doch der Stuttgarter Autokonzern stoppte das Projekt aus Kostengründen, nachdem Evonik schon ausgestiegen war. Akkuzellen, erklärte das Daimler-Management, seien eben doch nur eine "Commodity" – also ein beliebiges Bauteil, das man in gleicher Qualität von verschiedenen Lieferanten beziehen könne.
Volkswagen, an allen Batterieprojekten bislang unbeteiligt, erwägt nun den Bau einer eigenen Akkufabrik. Mehr als hundert Wissenschaftler und Ingenieure bereiten angeblich den elektrochemischen Erstschlag des Wolfsburger Konzerns vor. Der Einstieg soll mit der kommenden Generation von Lithium-Akkus erfolgen; sie nennen sich Festkörper- oder Solid-State-Batterien, weil sie keinen flüssigen Elektrolyt mehr haben und so ohne Feuergefahr mehr Ladung aufnehmen können sollen. Wie VW diesen Technologiesprung aus dem Stand schaffen will, ist Fachleuten ein Rätsel.
Der Autokonzern, der am meisten von Batterien versteht, heißt Toyota – als Pionier der Hybridantriebe einst Türöffner ins Zeitalter der Elektromobilität. Für die erste Generation seines Hybridmodells Prius stellte er die Akkus selbst her, seit Jahren arbeitet er eng mit Panasonic zusammen, und er verfügt über ein eigenes Batterielabor, das in Fachkreisen als weltweit einzigartig gilt.
Doch ausgerechnet Toyota glaubt nicht daran, dass es schon bald das vollwertige Akku-Auto geben wird. "Wir sehen durchaus Fortschritte in der Batterieentwicklung, aber noch keine spektakulären", sagt Gerald Killmann, einer der führenden Antriebsentwickler in der Brüsseler Europazentrale des Konzerns. Das Batterieauto bleibe einstweilen ein Stadtfahrzeug.
Bei Langstreckenautos hingegen, so der Toyota-Stratege, würden Mischantriebe den Markt dominieren, sogenannte Plug-in-Hybride, die rein elektrisch und auch mit Verbrennungsmotor fahren. Mitunter sind es Riesen-SUVs, die in beiden Modi gewaltig Energie fressen, die Ökomission des alternativen Antriebs geradezu verhöhnen und dabei noch Subventionen genießen.
Wenn Toyota recht behielte, entstünde für die Autohersteller und ihre Lieferanten ein paradiesisches Geschäftsfeld; denn ein Auto, das beide Antriebsstränge vorhalten muss, bringt noch mehr Geld als ein konventionelles. So schätzt Peter Gutzmer, Technikchef des Zulieferimperiums Schaeffler, das Absatzszenario des Jahres 2030 ein: "Ich kann mir vorstellen, dass dann 30 Prozent der weltweit gebauten Autos rein elektrisch fahren, 40 Prozent einen Hybridantrieb und 30 Prozent noch einen konventionellen Antrieb haben."
Die absolute Zahl der jährlich produzierten Kraftfahrzeuge werde bis dahin von heute rund 90 Millionen auf etwa 120 Millionen ansteigen. Das bedeutet, dass dann noch nahezu die gleiche Anzahl von Verbrennungsmotoren wie heute produziert wird und reichlich neue Komponenten obendrein. So hat der Getriebeproduzent ZF diverse Mischantriebe bis hin zum reinen E-Modul im Programm. "Wie kein anderer können wir Komponenten in bestehende Antriebsstränge integrieren", sagt Jörg Grotendorst, Leiter der Elektrodivision der traditionellen Zahnradfabrik. ZF stellt inzwischen auch Elektromotoren her und bald eine eigene Steuerelektronik – nur keine Batterie.
Und das könnte ein Killerkriterium werden. "Sollten die Zulieferer nicht in die Zellproduktion einsteigen, wird sich ihnen die Frage stellen, was für sie übrig bleibt, wenn die großen Zellproduzenten Asiens komplette Batterieantriebssysteme anbieten", mahnt Batterieprofessor Winter. Und im nächsten Schritt könnten die Batteriehersteller dann gleich das ganze Auto bauen.
Winter sieht eine "Blaupause der Entwicklung in der Unterhaltungselektronik". Als die Flachbildschirme in die Fernseher einzogen, setzten zwei südkoreanische Lieferanten sich durch, schraubten bald darauf noch Rahmen und Füße an ihre Bildschirme und beherrschen heute als Hersteller von Fernsehgeräten den Weltmarkt.
Es sind dieselben Firmen, die auch in der Batterietechnik den Ton angeben: Samsung und LG.

Über den Autor

Christian Wüst, 52, beschäftigt sich seit mehr als 20 Jahren mit dem Elektroauto. Derzeit beobachtet er einen Fortschritt in der Batterietechnologie, der den Durchbruch von E-Fahrzeugen beschleunigen könnte. Dass Deutschlands Autokonzerne diesen Fortschritt nicht mitbestimmen, hält er für ein industriepolitisches Riesenproblem.
Von Christian Wüst

DER SPIEGEL 8/2017
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