Elektromobilität. Deutschland im internationalen Kontext

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung

2 Historisches Portrait: Entwicklung der Elektromobilität

3 Elektromobilität und alternative Antriebstechniken heute
3.1 Elektroantrieb
3.2 Hybridantrieb
3.2.1 Mikrohybrid
3.2.2 Mildhybrid
3.2.3 Vollhybrid
3.2.4 Plug-in -Hybrid
3.3 Brennstoffzelle
3.4 Solarzelle

4 Marktanalyse - Elektromobilität in Deutschland
4.1 Politische Ziele und Rahmenbedingungen
4.2 Situationsanalyse
4.2.1 Wettbewerbsanalyse
4.2.2 Kundenanalyse
4.2.3 Infrastrukturanalyse
4.3 Szenarioanalyse

5 Zukünftige Expansionsfelder
5.1 Öffentlicher Sektor
5.1.1 Ist-Analyse
5.1.2 Potentialanalyse
5.2 Unternehmensflotten
5.2.1 Ist-Analyse
5.2.2 Potentialanalyse

6 Internationaler Vergleich
6.1 Norwegen
6.2 USA
6.3 China

7 Diskussion

8 Fazit und Ausblick

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Le Jamais Contente

Abbildung 2: Bestand Elektro- und Plug-in-

Abbildung 3: Bruttoinlandsprodukt je Einwohner 2016

Abbildung 4: Monatliches Haushaltsnettoeinkommen der Privatnutzer

Abbildung 5: Anteil der privaten Nutzer nach Stadtgröße

Abbildung 6: Fahrzeugbestand im Verhältnis zu Normalladepunkte

Abbildung 7: Ladeinfrastruktur in Deutschland

Abbildung 8: Markthochlaufszenarien

Abbildung 9: Sensivität des Bestandes an Elektrofahrzeugen 2020

Abbildung 10: Alternative Antriebe im Busverkehr 2017

Abbildung 11: Elektrofahrzeuge und Plug-in-Hybride pro 1.000 Bewohner je Bundesstaat

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Absatz in 2017 chinesischer Hersteller in China

1 Einleitung

Der Fokus dieser Arbeit liegt auf dem aktuellen Stand der Elektromobilität und dem hieraus ersichtlichen Potential sowohl im Individualverkehr als auch in den zwei wichtigen Bereichen, die einen hohen Anteil der zugelassenen Kraftfahrzeuge in der Bundesrepublik Deutschland innehaben: der öffentliche Sektor sowie die Unternehmensflotten. Ausgangspunkt ist die Fragestellung, inwieweit die Energiewende bereits in der Automobilbranche fortgeschritten ist und hieraus resultierend, welche Bedeutung ebenjene für die Bundesrepublik Deutschland hat. Im Jahr 2013 wurde dies von der aktuellen Bundeskanzlerin Frau Dr. Angela Merkel mit folgenden Worten erörtert:

„Denn es ist natürlich klar, dass wir in einer Situation sind, in der für Deutschland unglaublich viel abhängt. Die Automobilindustrie ist eine Kernbranche in unserer gesamten Industrieproduktion. Insofern ist es wichtig, dass hier Transformationsprozesse (…) gelingen. [Es] wird von mehreren Seiten eine tiefgreifende Veränderung der Mobilitätskonzepte angestoßen. Darauf frühzeitig zu reagieren, ist wirklich das Gebot der Stunde (…). Fast ein Viertel des Umsatzes der deutschen Industrie entsteht in und mit der Automobilbranche; und knapp 20 Prozent unserer Exporte entfallen auf Automobile. Das heißt also, hiervon hängen die wirtschaftliche Zukunft und der Wohlstand unseres Landes in erheblichem Maße ab^[1].“

Dr. Angela Merkel, Bundeskanzlerin, Mai 2013

Um den derzeitigen Stand der Elektromobilität bezugnehmend auf die selbstgesteckten Ziele der Bundesregierung einordnen und im internationalen Kontext vergleichen zu können, ist vorab ein historischer Rückblick, für das Verständnis der alternativen Antriebstechnik, unabdingbar. In Kapitel 2 wird daher die geschichtliche Entwicklung der Elektromobilität und die Verdrängung durch den Verbrennungsmotor porträtiert und gleichzeitig in die Anfänge des Automobils eingebettet.

Anschließend richtet sich der Blick auf den eigentlichen Untersuchungsgegenstand dieser Arbeit: In Kapitel 3 werden elektrifizierte sowie weitere emissionsfreie Antriebstechniken vorgestellt. Neben der reinen Elektromotorisierung sind verschiedene Ausprägungen der Hybridtechnologie sowie die Brennstoff- und die Solarzelle als zusätzliche Optionen und aufgrund der Vollständigkeit halber zu erwähnen.

Die vorliegende Masterthesis umfasst im Hinblick auf den Begriff der Elektromobilität, analog zum Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit, alle Fahrzeuge, die durch einen Elektromotor angetrieben werden und ihre Energie vornehmlich aus dem Stromnetz erhalten und demnach extern aufladbar sind.

In Kapitel 4 wird eine Marktanalyse zur Elektromobilität in der Bundesrepublik Deutschland durchgeführt. Im Unterpunkt 4.1 Politische Ziele und Rahmenbedingungen wird vorausgehend der Markt definiert und bezugnehmend auf die Automobilbranche in Deutschland abgegrenzt, bevor anschließend in der Situationsanalyse (Kapitel 4.2) die aktuelle Lage erörtert wird. Besonderes Augenmerk wird in diesem Zusammenhang sowohl auf die internen als auch auf die externen Einflussgrößen des Marktes gelegt. Die Wettbewerbsanalyse in Kapitel 4.2.1 gibt einen Überblick der Marktteilnehmer, wie auch deren Einfluss und Anteil an selbigem. Durch entsprechende Cluster kann dieser Markt und der hier anzutreffende Wettbewerb verstanden sowie im Anschluss weiter analysiert werden. Mithilfe einer Kundenanalyse (Kapitel 4.2.2), soll aufgezeigt werden, wie die Produktvariationen der Elektromobilität auf der Käuferseite angenommen werden und wie sich diese in einem wandelnden Wettbewerbs- sowie Marktumfeld weiterentwickeln. Ergänzend stellt die Infrastrukturanalyse (Kapitel 4.2.3) die unterschiedlichen Ladeoptionen vor und zeigt die bundesweite Verteilung von Ladestationen auf. Die hieran anschließende Potentialanalyse in Kapitel 4.3 gibt Aufschluss über die zukünftige Attraktivität des Elektromobilitätsmarktes in Deutschland samt der zu erwartenden Wettbewerbsdynamik. Dies beinhaltet parallel zur nachfrageorientierten eine angebotsorientierte Analyse der Thematik.

Bezugnehmend auf die gegenwärtige Marktsituation wird angenommen, dass aufgrund des Status als Automobilnation reger Wettbewerb im Umfeld der Elektromobilität unter den deutschen Herstellern herrscht und – ebenjener neuartigen Technologie geschuldet – derzeit vornehmlich von der besserverdienenden Bevölkerungsschicht genutzt wird.

Kapitel 5, Zukünftige Expansionsfelder, beleuchtet, über den privaten Fahrzeughalter hinaus, zum einen den Öffentlichen Sektor (Kapitel 5.1) und zum anderen Unternehmen hinsichtlich ihrer Unternehmensflotten (Kapitel 5.2). Diese wiederum unterteilen sich jeweils in eine aktuelle Ist-Analyse (Kapitel 5.1.1/Kapitel 5.2.1) und eine Potentialanalyse (Kapitel 5.1.2/Kapitel 5.2.2.). Ziel ist hierbei, durch eine Bestandsaufnahme der derzeitigen Situation, mögliche Potentiale zu identifizieren und eventuelle Auswirkungen bei erfolgreicher Elektrifizierung der beiden Bereiche zu beschreiben.

Um die Gesamtsituation der Elektromobilität in der Bundesrepublik Deutschland einordnen zu können, wird in Kapitel 6 ein Internationaler Vergleich mit führenden Nationen der alternativen Antriebstechniken vollzogen. Neben Norwegen in Kapitel 6.1 werden auch die USA (Kapitel 6.2) und darüber hinaus China (Kapitel 6.3) analysiert. Trotz der unterschiedlichen politischen und wirtschaftlichen Ausgangspunkte der jeweiligen Länder ergeben sich hieraus womöglich Erkenntnisse, die dem Transformationsprozess in Deutschland weiterhelfen können, da hierzulande grundlegende Hemmnisse von Gesellschaft und Wirtschaft gleichermaßen gegenüber der Elektromobilität vermutet werden.

2 Historisches Portrait: Entwicklung der Elektromobilität

Die historische Entwicklung des elektrischen Antriebes reicht bis in die erste Hälfte des 19. Jahrhunderts mit der Verwirklichung eines in der Praxis tauglichen Elektromotors in den 1830er Jahren zurück. Grundlegend hierfür war die Entdeckung des Elektromagnetismus durch den Dänen Hans Christian Oersted sowie die Weiterentwicklung des Versuchsaufbaus durch den Engländer Michael Faraday. Ersterer vermutete bereits 1820, dass ein Zusammenhang zwischen Magnetismus und Elektrizität bestehen müsse und stellte dies bei einem Versuch, eine Kompassnadel durch einen bestromten, elektrischen Leiter abzulenken, fest^[2]. Die Basis zur Entwicklung eines Dynamos, Generators und Elektromotors legte Faraday im Jahre 1823 mit seinem experimentellen Beweis, dass eine dauerhafte kreisförmige Rotation einer magnetischen Kraft um ein Draht möglich ist. Er kam daraufhin zu dem Entschluss, dass Elektrizität im Stande ist, Arbeit auszuführen^[3].

In den darauffolgenden Jahren widmete sich Faraday intensiv dem Fachgebiet der Chemie sowie der Optik und erzielte auch hier wichtige Entdeckungen, bevor er sich 1831 erneut der Elektrizität zuwandte und infolgedessen das sogenannte „Faradaysche Induktionsgesetz“ veröffentlichte^[4]. Durch die Verwendung eines Transformators gelang es ihm, die elektromagnetische Induktion zu beweisen. Er ebnete das Fundament der Theorie des elektromagnetischen Feldes, welches besagt, dass Strom in einer Spule, durch Schneiden magnetischen Kraftlinien innerhalb eines bewegten Magnetfeldes, entstehen kann^[5].

Den Grundstein für die Batterie legte der italienische Physiker Alessandro Volta bereits um 1800. Er untersuchte die Reaktionen bei gegenseitigem Berühren zweier Metalle mittels seiner Zunge und stellte fest, dass diese, entsprechend der verwendeten Stoffe, unterschiedlich stark ausgeprägt waren. Darüber hinaus erlangte er zu der Erkenntnis, dass eine Serienschaltung zu einer Addition der elektrischen Ströme der Einzelschaltungen führte und das Ergebnis gesteigert werden könne. Somit war die erste Batterie mit dem Namen „Voltas-Säule“ geboren. Sie bestand aus abwechselnd übereinandergestapelten, in Kochsalzlösung getränkten, Silber- und Zink- beziehungsweise Kupfer- und Zinkplättchen und war zusätzlich mit einem dazwischenliegenden Baumwolltuch ausgestattet^[6]. Nur kurze Zeit später entwickelte Johann Wilhelm Ritter mithilfe der Voltas-Säule eine Urform des Akkumulators. Hierzu stapelte er ausschließlich Kupferplättchen, die in ihrer Beschaffenheit zunächst spannungsfrei waren und schloss diese im Anschluss an die Voltas-Säule an. Aufgrund der elektrischen Ströme veränderten sich die Kupferplättchen dahingehend, dass sie ebenfalls elektrische Spannung aufnahmen und nachfolgend abgeben konnten^[7]. Dieser Ladevorgang konnte beliebig oft wiederholt werden, weshalb seine Schöpfung den Namen „Rittersche Ladungssäule“ erhielt.

Durch die Erfindung des Gleichstrommotors und der anschließenden Verwendung ebenjenem im Modell eines Schienenfahrzeuges, gelang es dem deutschen Schmied Thomas Davenport das erste Elektrofahrzeug der Geschichte zu bauen. Die Optimierung des Modells blieb jedoch aus, da der Hauptkonkurrent zum elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeug die deutlich leistungsstärkere und ökonomisch effizientere Dampfmaschine war. Dennoch kann rückblickend das beschriebene Modell und die damit einhergehende Weiterentwicklung der Elektromotoren als Geburtsstunde der Elektromobilität angesehen werden^[8].

Zeitgleich wurde sowohl in Deutschland durch Christian Friedrich Schönbein als auch in England von John Frederic Daniell und William Grove an neuen Batterien und möglichen Energielieferanten geforscht. Bei dem Versuch Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, diente den zwei zuletzt genannten Entdeckern die bereits erwähnte Voltas-Säule als Stromquelle. Durch einen Zufall konnten sie feststellen, dass bei dem gegenläufigen chemischen Prozess, folglich bei der Erzeugung von Wasser durch Wasserstoff und Sauerstoff, elektrische Energie freigesetzt wird. Dieser Umstand schuf die Grundlage der hierauf aufbauenden Brennstoffzelle. Die gemessene Spannung war jedoch, im Verhältnis zum Aufwand und Komplexität des Vorganges, äußerst gering, sodass das Verfahren in Vergessenheit geriet und zunächst nicht für weiterführende Experimente genutzt wurde. Der Abschied erfolgte nüchtern, nachdem die Entdeckung anfänglich große Hoffnungen hinsichtlich einer kostengünstigen und sauberen Energiegewinnung geschürt hatte^[9]. Befeuert wurde diese zusätzlich durch den Versuch, Kohle als Material bei der Stromproduktion zu verwenden, da sie verhältnismäßig günstig zur Verfügung stand. Aufgrund der Ineffizienz wurde die Brennstoffzelle allerdings zeitnah für nicht kommerzialisierbar erklärt und verlor infolge weiterer Neuheiten zunehmend an Bedeutung^[10]. Unterstützt wurde dieser Umstand mit dem von Werner von Siemens entwickelten Elektrodynamo, der die Umwandlung mechanischer Energie in Elektrizität ermöglichte^[11].

Die Idee der elektrisch betriebenen Lokomotive nutzte im Jahr 1851 Charles Grafton Page und konstruierte, mithilfe finanzieller Unterstützung seitens der amerikanischen Regierung, ein 20 Pferdestärken starkes Exemplar, das, ausgestattet mit einem tonnenschweren Bleiakku, kurzzeitig eine Höchstgeschwindigkeit von 31 Kilometer pro Stunde erreichte^[12]. Auf der Strecke von Washington nach Bladensburg legte die Lokomotive eine Gesamtstrecke von 5 Meilen in 39 Minuten zurück, bevor, aufgrund von permanenten Erschütterungen, Teile des Akkumulators brachen, ein Brand an den Isolierungen entfachte und die Fahrt daraufhin abgebrochen wurde^[13].

Einer der bedeutendsten Schritte in der Geschichte der Elektromobilität im Individualverkehr ist auf Nikola Tesla zurückzuführen. Er modifizierte bereits bestehende Generatoren unter dem Aspekt fortan nicht nur Gleichstrom, sondern auch Wechselstrom für die Leistungsübertragung zu verwenden, wofür er in den folgenden Jahren entsprechende Elektromotoren entwickelte^[14].

Das erste offizielle Elektroauto wurde 1881 auf der Elektrizitätsmesse „Exposition Internationale d’Électricité“ vorgestellt, welches von Gustave Trouvé gebaut wurde. Dieses dreirädrige Gefährt erzielte eine Maximalgeschwindigkeit von 12 Kilometer pro Stunde und kann demnach als Prototyp der heutigen Fahrzeuge mit Elektroantrieb verstanden werden. Ausgestattet war ebenjenes Urmodell mit einem zu dieser Zeit neuartigen Blei-Akkumulator, der die Wiederaufladung des Fahrzeuges gewährleistete^[15]. In der Zeit nach Trouvé’s Präsentation, drangen immer mehr Forscher auf den Markt, sodass die Frage des Durchbruchs zeitnah beantwortet werden sollte. William Morrison entwickelte sein kutschenartiges Elektroauto bereits 1887, allerdings dauerte es drei weitere Jahre bevor seine Explorationen ausgereift waren und das Gefährt in einer kleinen Stückzahl produziert werden konnte. Der wiederaufladbare Akkumulator bestand aus 24 einzelnen Zellen, welcher zur Erreichung der vollen Ladekapazität zehn Stunden an das Stromnetz angeschlossen werden musste. Das Gesamtgewicht betrug rund 350 Kilogramm, welches zu damaliger Zeit einen äußerst leichten Energiespeicher darstellte und unter dem Vordersitz verstaut wurde^[16].

1899 entwarf der belgische Konstrukteur und spätere Rennfahrer Camille Jenatzy das sogenannte „ La Jamais Contente“, das aus dem Französischen übersetzt so viel wie „die nie Zufriedene“ bedeutet. Dieses Elektrofahrzeug war, anders als die zuvor konstruierten Fahrzeuge, nicht kutschenähnlich, sondern wirkte vielmehr wie eine Zigarre. Bis in die 1920er Jahre galt diese Bauweise als äußerst aerodynamisch, da man die bereits gewonnenen Erkenntnisse aus der Luft- und Schifffahrt auf die Automobilbranche übertrug^[17].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Le Jamais Contente

Quelle: Caspers, 2016, Designing Motion: Automobildesigner von 1890 bis 1990, S. 51

Eine weitere Besonderheit des Fahrzeuges, das vornehmlich als Testexemplar für das Aufstellen von Geschwindigkeitsrekorden und Ausrichten von Sportveranstaltungen genutzt wurde, ist die Gummibereifung von Michelin. Die Höchstgeschwindigkeit von 100 Kilometern pro Stunde war ebenso außergewöhnlich, wie die Sitzposition des Fahrers^[18].

Analog zum elektrischen Antrieb fertigte Nicolaus August Otto einen Verbrennungsmotor in Form eines Viertaktmotors, der durch ein Luft- beziehungsweise Gasgemisch ebenfalls Anschub erzeugte. 1875 ließ Otto einen Versuchsmotor fertigen. Dieser gilt bis heute als Prototyp der Viertaktmotoren, der sogenannte „Ottomotor“^[19].

Noch bis in das zweite Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts hineinreichend, gehörten sowohl die Dampfautomobile als auch die Elektrofahrzeuge zu der absoluten Mehrheit auf den damaligen Straßen der USA und Europas. Demnach wurden bis zu jenem Zeitpunkt rund 40.000 Elektrofahrzeuge von mehr als 560 verschiedenen Herstellern in den Vereinigten Staaten von Amerika gebaut. In Summe waren folglich weit mehr Elektrofahrzeuge, als Modelle mit einem Benzinmotor auf den Straßen unterwegs. Ein sehr beliebter Fahrzeugtyp war das im Jahr 1900 auf der Weltausstellung in Paris vorgestellte Elektroautomobil von Porsche. Aufgrund der sehr ruhigen Fahreigenschaften bekam es den Kosenamen Lady Car und wurde insbesondere in den USA als Taxi eingesetzt. Diese waren, speziell in New York, nahezu ausnahmslos mit elektrischem Antrieb unterwegs^[20]. Rückblickend können die Jahre zwischen 1880 und 1911 als die Blütezeit der Elektromobilität betrachtet werden.

Die Erfindung des elektrischen Anlassers für Verbrennungsmotoren durch Charles F. Kettering im besagten Jahr 1911 veränderte das Kräfteverhältnis zwischen dieser Art der Antriebsform und der Elektromobilität. Durch diesen Fortschritt war das durch Anstrengungen verbundene Starten mithilfe einer Kurbel am Rumpf des Autos fortan nicht mehr notwendig. Diese Ausstattung war 1912 als erstes im Cadillac Thirty vorzufinden, der von 1909 bis 1914 gebaut wurde und seither ausschließlich den Namen Cadillac trägt^[21].

Durch die Neuheit des Fließbandes, das von Henry Ford im Jahr 1913 eingeführt und später konsequent weiterentwickelt wurde, beschleunigte sich der Marktanteil der Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren eminent. Bereits wenige Jahre später wurde das Automobil für die Mehrheit der Bevölkerung erschwinglich. Einfache, wiederkehrende und klar definierte Arbeitsstationen ermöglichten das Beschäftigen ungelernter Arbeiter, die infolgedessen neben einer Reduktion der Personalkosten auch die produzierte Stückzahl je Arbeiter erheblich erhöhten. Der Preis des zu jener Zeit bei Ford gefertigten „ Modell T “ sank um circa 60 Prozent. Dies hatte zur Folge, dass im Jahr 1918 jedes zweite Fahrzeug auf den Straßen der USA ein Modell T von Ford war und bis 1927 insgesamt 15 Millionen Fahrzeuge dieses Typs produziert und verkauft wurden.^[22]

Im Jahre 1919 kam das Fließband erstmalig auch in Europa durch Andre Citroën bei der Produktion des „Typ A“ zum Einsatz. 1923 folgte die Werksumrüstung bei Opel in Rüsselsheim, welches demnach die erste Fließbandfertigung in Deutschland mit sich brachte^[23]. Diese enorme Weiterentwicklung hinsichtlich der Fertigungsverfahren sowie des technischen Fortschrittes in puncto elektrischer Motorzündung und Reichweite, drängte die Elektromobilität und ihre Hersteller zunehmend aus dem Markt, sodass 1930 die Elektromobilität im Individualverkehr vollständig aufgegeben wurde und die Produzenten sich zurückzogen. Erst ab den 1960er Jahren setzte man sich erneut, federführend durch General Motors in Form von Elektromobilitätsstudien mit dieser Antriebstechnik auseinander^[24].

In Amsterdam wurde 1970 unter dem Namen „ Witcar“ das erste Car-Sharing -Projekt der Welt initiiert, um dem Verkehrsaufkommen und der Luftverschmutzung in der Stadt entgegenzuwirken. Die einem Golfcart ähnlichen Fahrzeuge konnten individuell ausgeliehen und an den entsprechenden Ladestationen zurückgegeben werden; angesichts fehlender Resonanz wurde das Konzept 1986 wieder eingestellt^[25].

Im Jahr 1967 wurde in Kalifornien die California Air Resources Board, als Regierungskommission, gegründet^[26]. CARB, wie das Beratungsgremium offiziell abgekürzt wird, wurde unter anderem durch seine strengen Vorschriften sowie Höchstgrenzen bei Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen aus dem Jahr 1970 bekannt. Weltweit hat Kalifornien demzufolge bis heute die strengsten Abgasnormen für Dieselfahrzeuge. 1990 wurden hier diverse Gesetze verabschiedet, um das sogenannte „ Zero Emission Vehicle Programm“ auf den Weg zu bringen. Dieses besagt, dass Fahrzeughersteller per Gesetz zur Entwicklung von emissionsfreien Fahrzeugen angehalten sind. Da andernfalls empfindliche Strafen drohten, arbeitete beispielsweise General Motors bereits in den 1990er Jahren intensiv an einem serienfähigen Brennstoffzellenfahrzeug. Bis 2003 sollten zehn Prozent der verkauften Fahrzeuge diesen Anforderungen entsprechen^[27].

Seit den 2000er Jahren entwickeln und fertigen zunehmend sowohl kleine, unabhängige Unternehmen als auch namhafte Hersteller eigene oder, basierend auf bereits bestehenden Serien, Elektrofahrzeuge. Seit 2003 agiert Tesla Motors Inc. am Markt und lieferte 2006 erstmals elektrisch betriebene Personenkraftwagen an Privatkunden aus. Es ist dementsprechend der jüngste, amerikanische Automobilhersteller, der an der Serienproduktion von alternativ angetriebenen Fahrzeugen beteiligt ist^[28].

3 Elektromobilität und alternative Antriebstechniken heute

Neben der klassischen Form des reinen Elektroantriebs gibt es auch die Option eines Range Extenders sowie einer Mikro-, Mild-, Voll- und Plug-in -Hybridmotorisierung. Darüber hinaus bietet parallel zur Brennstoff- auch die Solarzelle die Möglichkeit der emissionsfreien Mobilität. Die Vielzahl der heutigen, sich auf dem Markt befindlichen, Konzeptvariationen werden im folgenden Kapitel vorgestellt sowie deren Vor- und Nachteile erörtert. Die Begriffsdefinition der Elektromobilität geht einher mit der Veröffentlichung des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit^[29].

3.1 Elektroantrieb

Der Elektroantrieb in Kraftfahrzeugen wird fortlaufend als reine Elektromotorisierung verstanden und grenzt sich hieraus resultierend von einer Hybridlösung ab. Ebenjene Elektrofahrzeuge, sogenannte „ Battery Electric Vehicle“ (BEV), haben derzeit eine Reichweite von 250 bis 300 Kilometern, welche allerdings von Jahr zu Jahr steigt, sodass bei gleichbleibender Entwicklungsgeschwindigkeit bis zum Jahr 2020 eine durchschnittlich zurücklegbare Distanz von bis zu 450 Kilometern zu erwarten ist. Bereits heute zeigen Opel und Tesla mit ihren Modellen, dass Reichweiten von über 500 respektive 600 Kilometern pro Aufladung möglich sind^[30].

Grund für die kontinuierliche Reichweitenexpansion ist unter anderem auf die gesteigerte Energiedichte bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren zurückzuführen. Diese wird in Wattstunden je Kilogramm gemessen und konnte in der Vergangenheit sukzessive gesteigert werden^[31]. Die derzeitige Energiedichte liegt, abhängig von der jeweiligen chemischen Zusammensetzung der Batterie, zwischen 90 und 250 Wattstunden pro Kilogramm und soll in naher Zukunft auf bis zu 310 Wattstunden gesteigert werden^[32].

Darüber hinaus hat der weiterhin sinkende Stromverbrauch einen positiven Einfluss auf die Reichweite der reinen Elektrofahrzeuge: Betrug im Jahr 2010 der durchschnittliche Verbrauch eines ebensolchen Automobils auf 100 Kilometer Fahrtstrecke je 1.000 Kilogramm Gewicht rund 13 Kilowattstunden, waren es 2015 lediglich 10,1 Kilowattstunden und ein Jahr später nur noch 9,8 Kilowattstunden. Ein Erreichen des im Jahre 2010 festgelegten Zielwertes von 8,5 Kilowattstunden je 100 Kilometer pro Tonne bis 2020 ist folglich realistisch, da bereits heute einige Fahrzeuge diesen Richtwert erreichen^[33]. Auch das Konzept der Rekuperation unterstützt den Prozess, die Energieeffizienz zu steigern, da hierbei die Bremsenergie durch den auch als Generator fungierenden Elektromotor zurückgewonnen und dem Akkumulator zugeführt wird^[34].

Eine weitere Technik, die Reichweite zu erhöhen und gleichzeitig die Vorbehalte diesbezüglich zu reduzieren, bietet ein sogenannter „ Range Extender“. Dieser ist eine Kombination aus Verbrennungskraftmaschine, die durch Otto- beziehungsweise Dieselkraftstoff betrieben wird, und Generator und versorgt den Akkumulator mit elektrischer Energie, sollte die zurückzulegende Distanz die verbleibende Reichweite übersteigen. Es handelt sich folglich nicht mehr um ein reines Elektrofahrzeug, sondern vielmehr um ein hybridbetriebenes Automobil^[35]. Demnach findet eine differenziertere Darstellung sowie Einordnung im nachfolgenden Gliederungspunkt 3.2 statt.

3.2 Hybridantrieb

Der Begriff „Hybrid“ steht auch in der Automobilindustrie eng verbunden mit der lateinischen respektive griechischen Bedeutung „gemischt“. Hierbei befinden sich demzufolge mindestens zwei unterschiedliche Energiespeicher sowie -wandler im Fahrzeug, die für den Antrieb und die Fortbewegung zuständig sind.^[36] Letztere können entweder elektrische Energie für den Fahrzeugantrieb bereitstellen oder mechanische Energie produzieren, um das Automobil anzutreiben^[37].

Der Hybridantrieb an sich kann hinsichtlich der Ausprägung der elektrischen Antriebskomponente in Kategorien untergliedert werden. Eine Möglichkeit richtet sich auf die unterschiedlichen Elektrifizierungsgrade, welche in den nachstehenden Unterkapiteln beschrieben sowie voneinander differenziert werden. Neben dem Mikro-, Mild-, beziehungsweise Vollhybrid beinhaltet dies auch den vermutlich bekanntesten aller Hybride, den Plug-in -Hybrid.

3.2.1 Mikrohybrid

Auf der untersten Stufe der Hybridantriebe ist, bezogen auf ihren jeweiligen Elektrifizierungsgrad, der Mikrohybrid zu finden. Dieser ist gemäß Definition im Grunde kein Hybrid, da er uneingeschränkt durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird: es fehlt folglich die elektrische Antriebskomponente. Elektrische Energie findet lediglich punktuell ihren Einsatz, wie beispielsweise bei der sogenannten „Start-Stopp-Automatik“. Kommt das mikrohybridbetriebene Fahrzeug zum Stehen, insbesondere im Stau oder im Stadtverkehr, schaltet das Fahrzeug den Motor ab. In Abhängigkeit des Fahrzeugmodells wird durch Betätigung von Kupplung oder Bremse das Automobil gestartet und die Fahrt kann fortgesetzt werden. Die deutlich erhöhte Zahl der Motorzündungen, betrachtet auf den Lebenszyklus eines Fahrzeuges, wird durch einen „Riemen-Starter-Generator“ kompensiert, der gleichzeitig Lichtmaschine und Anlasser ersetzt^[38]. In der Zwischenzeit werden sämtliche Funktionen des Fahrzeuges elektrisch aufrechterhalten sowie der anschließende Neustart des Motors über die Batterie gestützt^[39]. Gespeist wird ebenjene Batterie durch die Rekuperation, die hier analog zu reinen Elektrofahrzeugen fungiert. Somit lässt sich speziell bei hohem Verkehrsaufkommen in den Hauptverkehrszeiten des Berufs- oder Stadtverkehrs eine signifikante Energiemenge zurückgewinnen. Die anschließende Nutzung für Start-Stopp-Automatik inklusive der Motorzündung kann eine Kraftstoffeinsparung von fünf bis zehn Prozent mit sich bringen und rechtfertigt demgemäß die Bezeichnung des Mikrohybrids, da eine Reduktion des Verbrauchs in dieser Größenordnung durch reine Motorweiterentwicklung als ambitioniert einzustufen ist^[40]. Eine Einschränkung des Fahrverhaltens ist ebenfalls nicht zu verzeichnen^[41].

Des Weiteren qualifiziert sich diese Sonderform des hybriden Antriebs durch die Tatsache, dass generell bei Stillstand die Anwohner keiner Lärm- oder Umweltbelastung ausgesetzt sind.

3.2.2 Mildhybrid

Der Mildhybrid enthält zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor, der als Hauptantrieb verwendet wird, einen Elektromotor mit einer Leistungsfähigkeit von fünf bis 20 Kilowatt inklusive einer Batterie. Alle Funktionen, die im vorherigen Unterkapitel 3.2.1 zum Mikrohybrid genannt wurden, kommen auch beim Mildhybrid zum Einsatz. Diese sind neben der Rekuperation auch die Start-Stopp-Automatik sowie das hiermit verbundene Aufrechterhalten aller systemrelevanten Funktionen. Das Rekuperationsmoment ist in diesem Fall jedoch deutlich höher, sodass die Energierückgewinnung und demnach auch die Kraftstoffersparnis mit zehn bis 15 Prozent signifikant höher, als bei einem Mikrohybrid ausfallen.

Darüber hinaus liefert ein mildhybrid-betriebenes Fahrzeug die Gelegenheit, bei Beschleunigung den Verbrennungsmotor, durch das Antriebsmoment des Elektromotors zu unterstützen, wodurch mehr Leistung abgerufen werden kann. Das Phänomen wird als „ boosten “ bezeichnet und trägt zu einem dynamischen Fahrverhalten des Fahrzeuges bei^[42].

Der eingesetzte Elektromotor hat in dieser Hybridversion lediglich eine unterstützende Funktion inne, gleichwohl er grundsätzlich als Antrieb für das Fahrzeug, unter technischer Betrachtung, einsetzbar wäre, jedoch hierzu der Leistungsbereich nicht ausreichen würde^[43]. Auch die Lärmbelastung kann mithilfe eines Mildhybridfahrzeuges zusätzlich reduziert werden, da sich auch die durch die Fahrt verursachte Lautstärke deutlich verringert^[44].

3.2.3 Vollhybrid

Ein Fahrzeug mit Vollhybridantrieb unterscheidet sich zunächst hinsichtlich der Antriebskonfiguration, dergestalt, dass die Anordnung des Verbrennungs- und Elektromotors sowie deren Schaltung unterschiedlich sein können. Neben einem seriellen beziehungsweise leistungsverzweigten Hybridantrieb besteht auch die Option auf eine parallele Hybridversion. Ersterer zeichnet sich durch eine Reihenschaltung der zwei Elektromotoren, wovon einer als Generator und der andere als Antriebsmotor eingesetzt werden, sowie einem Verbrennungsmotor aus. Da der Verbrennungsmotor nicht mit der Antriebsachse verbunden ist, dient dieser lediglich zur Energiebereitstellung für die Elektromotoren. Aus diesem Grund ist es unerlässlich, Fahrzeuge dieser Ausstattungsvariante mit entsprechenden leistungsfähigen Elektromotoren auszustatten, um sowohl eine Energieaufnahme als auch -abgabe sicherzustellen^[45].

Dies ist gleichzeitig als ein einflussreicher Vorteil anzusehen, da diese in der Lage sind, die rückgewonnene Energie der Rekuperation effizient zu speichern und zu verwerten, weshalb das bereits zuvor beschriebene boosten bei einem Vollhybrid am stärksten, wie auch längsten möglich ist^[46].

Zu den Hauptnachteilen hingegen zählt die mehrfache Energieumwandlung, die sich somit in einem reduzierten Wirkungsgrad, verglichen mit reinen Elektrofahrzeugen, widerspiegelt. Auch das verhältnismäßig hohe Gewicht des Fahrzeuges in Kombination mit den erhöhten Anschaffungskosten sind zu bemängeln, weshalb der serielle Hybridantrieb in Personenkraftfahrzeugen kaum wiederzufinden ist, sondern überwiegend in Lokomotiven sowie im öffentlichen Personennahverkehr, wie beispielsweise bei Linienbussen, zum Einsatz kommt^[47].

Der parallele Hybridantrieb hingegen ist jeweils mit einem Elektro- und einem Verbrennungsmotor ausgestattet. Da ersterer ebenso an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ansitzt, addieren sich beide Leistungen der Maschinen, sodass entweder, bei gleicher Verbrennungsmotorgröße, eine höhere Leistung möglich ist oder eine kleinere Variante ausreicht, um den gleichen Antrieb zu generieren. Überdies kann, unter Voraussetzung, dass der Elektromotor die zweite Achse antreibt, ein Allradantrieb erzeugt werden, der durch das Einbringen des Drehmomentes des Elektromotors nicht nur den Fahrkomfort, sondern auch den Fahrspaß steigert^[48].

Wie der Name vermuten lässt, besteht ebenso die Möglichkeit das Fahrzeug ausschließlich mit jeweils einem der verbauten Motoren zu fahren. Dieser Vorteil des parallelen Antriebs ermöglicht dem Fahrer beispielsweise im Stadtverkehr das Automobil ausschließlich mit Elektromotor und für längere Überland- oder Autobahnfahrten mit Verbrennungsmotor zu fahren. In dieser Zeit kann der Akkumulator durch Rekuperation geladen werden^[49].

Ein Kraftfahrzeug als paralleler Vollhybrid ist demnach sowohl mit einem Elektro- als auch mit einem Verbrennungsmotor und einem leistungsfähigen Akkumulator ausgestattet, der den Gesamtpreis des Fahrzeuges steigert, jedoch deutlich günstiger ausfällt, als bei einem reinen Elektrofahrzeug. Die Kombination aus boosten, vollständigem Elektrobetrieb bei Kurzstrecken sowie die Rekuperation in Verbindung mit einem leistungsfähigen Akkumulator bieten die Möglichkeit einer 25 prozentigen Reduktion des Kraftstoffverbrauches^[50].

3.2.4 Plug-in-Hybrid

Die womöglich bekannteste aller Hybridvariationen ist der sogenannte „ Plug-in -Hybrid“. Dieser ist als konsequente Weiterentwicklung der vollhybriden Fahrzeuglösung zu betrachten: Ausgangspunkt für diese Produktvariation ist zunächst ein Vollhybrid mit parallelem Antrieb, der durch Modifizierung von nun an durch Anschluss an eine externe Stromquelle geladen werden kann. Der Akkumulator ist in diesem Fall zudem deutlich leistungsfähiger, als bei den zuvor beschriebenen Vollhybridlösungen, da die primäre Antriebsquelle der Elektromotor ist. Erst nach Unterschreiten eines für den Fahrzeugantrieb nicht ausreichenden Ladewertes wird der Verbrennungsmotor gestartet und direkt zugeschalten, sodass eine Unterbrechung der Fahrt nicht notwendig ist^[51]. Aufgrund der erhöhten Akkukapazität und der hiermit verbundenen Reichweitenexpansion eignen sich Plug-in -Hybrid Fahrzeuge auch für Pendler mit Kurz- und Mittelstrecken, die auf ein Automobil, beispielsweise in ländlichen Gegenden, angewiesen sind.

Angesichts des größeren Akkumulators und des leistungsfähigeren Elektromotors ist ein sogenanntes „ downsizing“, also eine Verkleinerung des Verbrennungsmotors, möglich. Dies ist speziell im Hinblick auf die Gewichts- und Kostensteigerung, basierend auf der zweifachen Motorausstattung wichtig. Des Weiteren unterstützt das downsizing die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs^[52].

Nachteilig zu beachten ist derzeit die Ladung der Batterie durch eine externe Stromquelle. Sollten beispielsweise Unternehmen oder Privatpersonen nicht über einen Kraftstromanschluss verfügen, bleibt die Möglichkeit über die gängige Haushaltssteckdose zu laden. Da diese lediglich 230 Volt, im Vergleich zu 400 Volt der Kraftstromsteckdose, zur Verfügung stellt, dauert der Ladevorgang in diesem Fall erheblich länger, wodurch die Wartezeit im Alltag zu einem Problem werden kann. Allerdings ist, bezugnehmend auf die technische Machbarkeit, prinzipiell in jedem Einfamilienhaus und dementsprechend auch bei gewerblich genutzten Immobilien die Nachrüstung eines Kraftstromanschlusses möglich^[53].

3.3 Brennstoffzelle

Wie bereits in Kapitel 2 erläutert, reicht die Geschichte der Brennstoffzelle bis in die erste Hälfte des 19. Jahrhunderts zurück und ist eng mit deren Entdecker Sir William Grove aus England und Christian Friedrich Schönbein aus der Schweiz verbunden^[54].

Die Brennstoffzelle selbst erzeugt keinen direkten Antrieb für das Fahrzeug, sondern muss als Energiewandler verstanden werden. Sie bedient einen Elektromotor sowie einen Akkumulator. Der Vorgang innerhalb der Brennstoffzelle ist demnach eine umgekehrte Elektrolyse: Unter Zugabe von elektrischem Strom wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Die genannten Chemiker Schönbein und Grove fanden heraus, dass eine Zusammenführung von Wasserstoff und Sauerstoff einen winzigen elektrischen Impuls und folglich Strom erzeugt^[55].

Demgemäß wird die Brennstoffzelle zur Produktion von elektrischem Strom genutzt, welcher anschließend entweder im Akkumulator gespeichert oder direkt vom Elektromotor zur Umsetzung in mechanischen Antrieb verwendet wird. Da sich Wasserstoff sehr reaktionsfreudig in Bezug auf Sauerstoff zeigt und demnach eine exotherme Reaktion erfolgt, wird keine externe Zündung, wie beispielsweise bei Verbrennungsmotoren, benötigt. Angesichts der nichtbenötigten Verbrennung wird in diesem Zusammenhang auch von einer „kalten Verbrennung“ gesprochen, die chemisch betrachtet vielmehr eine Oxidation darstellt^[56].

Die Sauerstoffzufuhr kann durch die Umgebungsluft des Fahrzeuges erfolgen. Diese beinhaltet durchschnittlich etwa 20 Prozent Sauerstoff sowie 80 Prozent Stickstoff und reicht aus, um ebenjene chemische Reaktion zu starten und elektrischen Strom herzustellen. Das Endprodukt – Wasser beziehungsweise Wasserdampf – muss während des Energieumwandlungsprozesses der Brennstoffzelle kontinuierlich abgeführt werden, damit die weitere Funktion nicht behindert wird^[57].

Neben der Verwendung von Wasserstoff besteht auch die Verfahrensweise, aus Erdgas gewonnenes Methanol sowie diverse andere Komponenten als Kraftstoff für die Brennstoffzelle zu nutzen. Sie werden an dieser Stelle nicht weiter berücksichtigt, der Vollständigkeit halber jedoch erwähnt.

Für die Verwendung in Kraftfahrzeugen bestehen zwei Möglichkeiten der Proportionen, sollten diese in Verbindung als Plug-in -Hybrid zum Elektromotor fungieren: Zum einen kann ein Fahrzeug eine verhältnismäßig kleine Brennstoffzelle implementiert haben, sodass diese lediglich die Grundversorgung des Fahrzeuges sowie des leistungsstarken Akkumulators sicherstellt. In dieser Konzeption liegt der Schwerpunkt folglich auf dem Energiespeicher, welcher in Form eines Plug-ins durch eine externe Stromquelle geladen werden kann. Zum anderen kann das Kräfteverhältnis auch zugunsten der Brennstoffzelle ausfallen. Dieses Szenario sieht vor, dass das hybride Automobil eine leistungsstarke Brennstoffzelle beinhaltet und der Akkumulator lediglich beim boosten unterstützend mitwirkt und Leistungsspitzen abfedert^[58].

Verglichen zu anderen hybriden Fahrzeugtypen, Plug-in -Hybriden oder reinen Elektrofahrzeugen, ist die Energiespeicherkomponente, unabhängig von der Größe der Brennstoffzelle, eminent wichtig. Bei einer hybriden Brennstoffzellen- Plug-in -Lösung sollte der Elektromotor insbesondere für Kurzstrecken im Stadtverkehr zum Einsatz kommen, weshalb ein Mindestmaß an Speicherkapazität des Akkumulators entscheidend ist, um den Vorteil der Rekuperation optimal nutzen zu können, die Brennstoffzelle zu schonen und deren Langlebigkeit zu erhöhen. Letztere verzeichnet pro 5.000 Einsatzstunden einen Leistungsverfall von sechs bis 15 Prozent^[59].

Einem technischen Einsatz dieser Antriebsart für den individuellen Personenverkehr steht nichts im Wege, weswegen diese bereits von namhaften Herstellern angeboten werden. Nichtsdestotrotz ist die Konkurrenzfähigkeit derzeit aufgrund der hohen Anschaffungskosten, verglichen mit einem Verbrennungsantrieb, in Kombination mit einem stark regional begrenzten Tankstellennetz noch eingeschränkt^[60].

3.4 Solarzelle

Die Idee die Solarzellentechnologie als Energiequelle für den Fahrzeugantrieb zu nutzen, ist so alt, wie die Technik selbst, allerdings wurde diese von renommierten Automobilherstellern bislang als zweifelhaft abgetan, da die zur Verfügung stehende Fläche nicht sonderlich groß ist und der solarproduzierte Strom überschaubar bleibt. Mittlerweile ist, parallel zu einem deutschen, auch ein chinesisches Unternehmen daran interessiert, mit Solarzellen ausgestattete Automobile, für die Serienproduktion zu entwickeln und zu verkaufen^[61].

In Deutschland versucht dies seit 2012 das Münchner Start-up Unternehmen Sono Motors, das 2017 ihren Prototypen präsentierte. Mithilfe von Crowdfunding soll bis 2019 die Serienfertigung gelingen und alle bereits vorbestellten Fahrzeuge ausgeliefert werden. Das Automobil ist im Kern rein elektrisch betrieben und verfügt über einen Akkumulator samt Elektromotor, der unter realen Bedingungen eine Reichweite von rund 250 Kilometer zurücklegen kann. Zusätzlich zum Laden per Plug-in sind sowohl auf dem Dach, der Motorhaube, an den Seiten und am Heck insgesamt 330 Solarzellen verbaut, die das Fahrzeug aufladen und mit entsprechender Sonneneinstrahlung pro Tag eine umgerechnete Reichweite von circa 30 Kilometern generieren^[62].

Sono Motors verfolgt eine Ein-Produkt-Strategie, sodass alle Fahrzeuge mit einer Klimaanlage, Infotainmentsystem sowie einem Innenraumluftfiltersystem ausgestattet sein werden. Lediglich die Anhängerkupplung wird optional gegen einen Aufpreis erhältlich sein^[63]. Darüber hinaus zeigt das junge Unternehmen, dass diese ergänzende Technik für das Elektrofahrzeug nicht gleichzeitig in der Mittel- oder Oberklasse angesiedelt sein muss. Für das Fahrzeug inklusive der Batterie und Überführungskosten werden 20.000 Euro fällig^[64].

Das chinesische Pendant dazu repräsentiert Hanergy, ein im Bereich der erneuerbaren Energien tätiges, Unternehmen, das im Juli diesen Jahres vier verschiedene Modelle an Solarzellenfahrzeugen präsentiert hat. Jedes der vorgestellten Automobile wird ausschließlich mithilfe des durch Sonnenenergie produzierten Stroms angetrieben. Überschüssig produzierter Strom kann zudem im Akkumulator gespeichert und im Notfall an einen externen Stromkreislauf angeschlossen werden, um ihn in den Haushalt einzuspeisen. Die Solarzellentechnik lädt den Akkumulator auch während der Fahrt, sodass sich die Reichweite von 80 Kilometern, die nach einer Ladezeit von sechs Sonnenstunden erreicht wird, deutlich vergrößern kann. Laut Hersteller ist dies für den alltäglichen Stadtverkehr sowie Kurz- und Mittelstrecken in China ausreichend und gewährleistet ein emissions- und schadstofffreies Fahren. Bei voller Akkuladung beträgt die Reichweite circa 350 Kilometer und übertrifft die von Sono Motors deutlich, allerdings sind letztere bereits deutlich näher an der Serienfertigung als Hanergy, deren Automobile noch als Concept Cars zu bewerten sind^[65].

4 Marktanalyse - Elektromobilität in Deutschland

Der Fokus in diesem Kapitel liegt auf der bisherigen Marktentwicklung, der derzeitigen Situation sowie künftige Entwicklungsszenarien der Elektromobilität in der Bundesrepublik Deutschland. Zunächst wird der Blick auf die politischen Ziele sowie die aktuellen Rahmenbedingungen (Kapitel 4.1) gerichtet, um anschließend eine Situationsanalyse (Kapitel 4.2), bestehend aus einer Wettbewerbs- (Kapitel 4.2.1), Kunden- (Kapitel 4.2.2), und Infrastrukturanalyse (Kapitel 4.2.3) durchzuführen. Diese beleuchtet alle relevanten Einflussmerkmale und stellt demzufolge den Status quo der Elektromobilität in Deutschland dar. Abschließend werden in der Szenarioanalyse (Kapitel 4.3) mehrere, für die Zukunft plausiblen, Optionen sowie deren Auswirkungen auf das Fortkommen der Elektromobilität vorgestellt.

4.1 Politische Ziele und Rahmenbedingungen

Die politischen Rahmenbedingungen der Elektromobilität in Deutschland beruhen auf der ausgegebenen Zielvorgabe von einer Million zugelassenen Elektrofahrzeugen bis zum Jahr 2020 sowie sechs Millionen bis zum Jahr 2030. Die Reduktion des Treibhausgasausstoßes geht mit dem Vorsatz von 40 beziehungsweise 80 Prozent bis 2020 respektive 2050, gegenüber dem Basisjahr 1990, einher. Um diese Meilensteine erreichen zu können, ging zwischen den Jahren 2010 bis 2014 mit der Marktvorbereitungsphase ein Zeitraum der Forschung und Entwicklung der genannten Technologie voraus, bevor von 2015 bis 2020 die Markthochlaufphase startete, deren Schwerpunkte auf dem Aufbau einer flächendeckenden Ladeinfrastruktur sowie dem Schaffen attraktiver Marktanreize lagen und immer noch liegen, um im Anschluss ab 2020 einen Massenmarkt für die Elektromobilität in Deutschland vorfinden zu können^[66]. Diese ambitionierte Zielsetzung soll gleichzeitig die Dringlichkeit hinsichtlich einer unabhängigen Energieversorgung und einer hiermit verbundenen Substitution von Erdölimporten durch erneuerbare Energien unterstreichen. Des Weiteren soll der Wirtschaftsstandort im Allgemeinen und der Automobilstandort Deutschland im Speziellen durch technologische Innovationen im Bereich alternativer Antriebslösungen nachhaltig gesichert und gefestigt werden, sodass dieser zukünftig als Leitmarkt und -anbieter agiert. Einen wichtigen Beitrag zur Verminderung der Feinstaubelastung sowie die Zielerreichung des Lärmschutzes trägt die Elektromobilität ebenfalls bei, welche bereits im Jahr 2009 im „Nationalen Lärmschutzpaket II“ formuliert wurden. Zusammenfassend wird die Vision der Bundesregierung, dass „bis 2050 der urbane Straßenverkehr überwiegend mit regenerativen Energieträgern realisiert werden“ soll, bestärkt^[67].

Um es sowohl Politik als auch Wirtschaft und Wissenschaft zu ermöglichen, leichter gemeinsam an der Realisierung der formulierten Ziele zu arbeiten, wurde 2010 die „Nationale Plattform Elektromobilität“ gegründet. Darüber hinaus bündelt diese die aktuellen Entwicklungen im Umfeld der Elektromobilität in Deutschland sowie im internationalen Vergleich für die Bundesregierung, spricht Empfehlungen aus und zeigt zudem möglichen Handlungsbedarf auf. Als zentrale Hauptaufgabe kann das Ziel der Bundesregierung angesehen werden, Deutschland als Leitmarkt und -anbieter in den Bereichen Infrastruktur, Produktentwicklung und -forschung, wie auch Standardisierung aufzubauen^[68].

Weitere Unterstützung erhält die Bundesregierung sowie die Nationale Plattform Elektromobilität bei der Bewertung, Umsetzung und Steuerung von gezielten Förderprogrammen und Projekten durch die „Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie NOW GmbH“. Die zunächst lediglich für die im Namen stehenden Technologiebranche zuständige Unternehmung ist nun auch für Batterien und Akkumulatoren zuständig. Diese Erweiterung des Zuständigkeitsbereiches ist naheliegend, da Fahrzeuge mit ebenjener alternativen Energiequelle gleichermaßen mit einem Elektromotor angetrieben werden und der Grundgedanke der Bundesregierung hinsichtlich Förderung, Erprobung und Demonstration technologieoffen ist. Die hieraus gewonnenen Erfahrungen und Ergebnisse werden komprimiert und verknüpft, sodass Synergien aufgespürt und genutzt werden können. Das Dasein als Bindeglied zwischen Politik, Wirtschaft und Wissenschaft wird als elementar, bezogen auf einen schnellen Technologiefortschritt sowie die Marktvorbereitung und -einsatz, verstanden^[69].

Gleichzeitig richtet sich der Förderschwerpunkt nicht ausschließlich auf den Straßenverkehr, sondern bezieht alle Verkehrsträger mit ein. Um das Ziel einer erfolgreichen Marktvorbereitung für die Elektromobilität zu erreichen, verabschiedete das Bundesverkehrsministerium zwei Programme: Zum einen war dies das im Jahr 2007 gestartete und bis 2016 laufende „Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie“^[70]. Zum anderen gab es von 2009 bis 2011 das Förderprogramm „Elektromobilität in Modellregionen“ in acht vordefinierten Regionen Deutschlands mit Konzentration auf der Alltagstauglichkeit und -akzeptanz sowie der Integration der Elektromobilität in bestehenden Strukturen^[71]. Aufgrund des zweiten Berichts der Nationalen Plattform Elektromobilität im Jahr 2011, in dem erheblicher Bedarf im Bereich Forschung und Entwicklung aufgedeckt wurde und folglich die Marktreife noch in weiter Ferne lag, verlängerte und intensivierte die Bundesregierung die Fördermaßnamen gleichermaßen. Weitere 500 Millionen Euro flossen bis zum Ende der damaligen Legislaturperiode im Jahr 2013 zusätzlich in diesen Sektor^[72].

Neben der technischen Weiterentwicklung der Elektromobilität und der generellen Akzeptanz von Elektrofahrzeugen fördert die Bundesregierung gezielt Anreizsysteme für potentielle Käufer. Diese sind unter anderem im bis zum 30. Juni 2030 befristeten Elektromobilitätsgesetz verankert und ermöglichen Bevorrechtigungen elektrisch betriebener Fahrzeuge beispielsweise in Form von reservierten, öffentlichen Parkplätzen, die eine entsprechende Lademöglichkeit bereithalten. Ferner wird offeriert, dass die Parkgebühren für Elektrofahrzeuge entfallen oder zumindest reduziert werden können. Das Fahren auf explizit ausgewiesenen Busspuren, wie sie des Öfteren in Groß- und Mittelstädten sowie Ballungszentren zu finden sind, wird ebenso erlaubt, wie das Befahren von Straßen, die mit einer Durchfahrtsbeschränkung zum Schutz vor Lärm und Abgasen belegt sind. Um die Überprüfbarkeit zu gewährleisten, ist in diesem Zusammenhang die zusätzliche Aufschrift „E“ am Ende der Buchstaben- und Zahlenfolge der Kennzeichen eingeführt worden^[73].

Ein weiterer monetärer Anreiz, vorgeschlagen durch die Nationale Plattform Elektromobilität und umgesetzt durch die Bundesregierung, ergibt sich aus der Kraftfahrzeugsteuerbefreiung von Fahrzeugen mit einem Kohlenstoffdioxidausstoß von weniger als 50 Gramm pro 100 Kilometer. Auch die Tatsache, dass ein Nummernschild für zwei Elektrofahrzeuge und somit als Wechselkennzeichen genutzt werden kann, ist als finanziellen Vorteil zu werten, da somit eine Versicherungsprämie entfällt.

Neben der Reduktion der laufenden Kosten ist zudem bei der Anschaffung eines rein elektrisch beziehungsweise hybridbetriebenen Fahrzeuges, das die dargelegten Grenzwerte nicht überschreiten, mit einem sogenannten „Umweltbonus“, durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle, zu rechnen. Zur Förderung und Unterstützung der Energiewende stellt es Mittel im Gesamtvolumen von 1,2 Milliarden Euro für diese Prämie zur Verfügung, die Käufer der zutreffenden Automobile per Antrag erhalten können. Beim Kauf eines rein elektrisch betriebenen Fahrzeuges liegt der Umweltbonus bei 4.000 Euro, bei einem Plug-in -Hybrid beträgt dieser 3.000 Euro und wird jeweils zur Hälfte durch die Automobilindustrie mitfinanziert^[74].

Zudem soll durch einen stetigen Ausbau der in Deutschland vorhandenen Ladepunkte die Attraktivität und das Vertrauen in die Elektromobilität gesteigert werden. Bis zum Jahr 2020 plant die Bundesregierung insgesamt 70.000 AC-Ladepunkte sowie 7.100 DC-Ladepunkte (Kapitel 4.2.3), die im Bundesgebiet verteilt und öffentlich zugänglich sein sollen. Dieses Projekt steht im Zusammenhang mit dem ausgerufenen Ziel von einer Million Elektrofahrzeuge bis ebenfalls 2020. Ein Investitionsvolumen von rund 550 Millionen Euro ist hierfür notwendig^[75].

4.2 Situationsanalyse

Wie bereits in Kapitel 3 und 4.1 dargelegt, orientiert sich diese Arbeit, bezugnehmend auf den Begriff der Elektromobilität, an der Definition, die durch die Bundesregierung aufgestellt wurde. Sie „umfasst all jene Fahrzeuge, die von einem Elektromotor angetrieben werden und ihre Energie überwiegend aus dem Stromnetz beziehen“^[76]. Somit finden neben rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen auch ebenjene mit einem Range Extender, bestehend aus einem kleinen Verbrennungsmotor sowie extern aufladbare Hybridantriebe ihre Berechtigung. Alle Antriebsformen, die einen Verbrennungsmotor als Hauptbestandteil haben und der elektrische Antrieb nicht vorhanden beziehungsweise stark eingeschränkt ist, bleiben demnach bei dieser Marktanalyse außen vor.

Um die derzeitige Situation der Elektromobilität in Deutschland ganzheitlich abbilden zu können, sind drei wesentliche Bezugsgrößen zu beleuchten. Dies ist zum einen die Produktion und Nachfrage sowie zum anderen die Infrastruktur, welche sowohl durch Bund also auch durch Länder und Kommunen finanziert und ausgebaut wird.

4.2.1 Wettbewerbsanalyse

Der renommierte Automobilstandort Deutschland erlebte in den vergangenen Jahren einen sich verschärfenden Druck in Bezug auf Forschung und Entwicklung, ausgelöst unter anderem durch zunehmende Feinstaubbelastungen sowie den internationalen Wettbewerb. Dieser anhaltende Trend birgt enormes Potential für den Industriestandort Deutschland, dergestalt, dass alle ansässigen Markteilnehmer vor eine große Herausforderung gestellt sind. Zunächst sind in diesem Zusammenhang die hohen Investitionskosten zu nennen, die durch die Forschung elektrischer Antriebsmöglichkeiten hervorgerufen werden. Da der Markt für Elektrofahrzeuge in Deutschland noch überschaubar und demzufolge noch wenig durchdrungen ist, haben Vorreiter hierzulande, kurzfristig betrachtet, kaum einen Vorteil gegenüber der Konkurrenz. Gleichzeitig dürfen sie die Optimierung und Energieeffizienzverbesserung des derzeitigen Kerngeschäfts, dem klassischen Verbrennungsmotor, nicht vernachlässigen^[77].

Allerdings wurde nicht zuletzt durch die Ausweitung des Dieselskandals die Intensivierung des Produktpalettenausbau und demzufolge der Fortschritt der Elektromobilitättechnologie bekräftigt. Mittlerweile drängen zunehmend multinationale Automobilkonzerne aus Deutschland sowohl mit reinen Elektrofahrzeugen als auch mit Plug-in -Hybrid-Lösungen in den Markt.

Wurde der Elektroantrieb in den vergangenen Jahren vorrangig in Kleinfahrzeugen eingebaut, lässt sich mittlerweile feststellen, dass zunehmend Premiumhersteller diese Motorvariante in ihrem Mittel- und Oberklassesegment anbieten. Standen potentiellen Kunden im Jahr 2015 lediglich 36 verschiedene Modelle zur Verfügung, stieg dieser Wert im Jahr 2016 bereits auf 40 Varianten und wird allen Anschein nach in den Folgejahren weiter zunehmen. Im Verhältnis zum Jahr 2012, als 12 Modelle auf dem deutschen Markt waren, hat sich die Anzahl der käuflich zu erwerbenden Variationen mehr als verdreifacht^[78].

Das durch die Bundesregierung vorgegebene Ziel von einer Million zugelassenen Elektrofahrzeugen bis zum Jahr 2020, wird im Unterkapitel 4.3 Szenarioanalyse eingehend betrachtet und aufgearbeitet. Es sei bereits erwähnt, dass dieses Ziel als äußerst ambitioniert zu betrachten ist, da Anfang 2017 rund 34.000 reine Elektrofahrzeuge sowie etwas über 165.000 hybridbetriebene Fahrzeuge beim Kraftfahrtbundesamt registriert waren, wovon wiederum lediglich 40.000 auf die Plug-in -Technik entfielen. Diese Zahlen stellen gegenüber zum Vorjahr 2016 eine positive Veränderung von gerundet 33 respektive 27 Prozent dar^[79]. Es zeigt sich, dass die Hersteller aus der anfänglichen Annahme, Elektrofahrzeuge seien aufgrund teurer Technik und geringer Reichweite lediglich für den Stadtverkehr geeignet, abgerückt sind und zunehmend auf die Forderungen und Bedürfnisse der potentiellen Kunden eingehen. Nicht zuletzt wird dies in der Fokussierung auf Mittel- und Oberklassefahrzeugen deutlich, die mit der genannten Technik zunehmend ausgestattet werden^[80]. Seit 2017 sind die deutschen Premiumhersteller BMW, Mercedes Benz und Audi in den genannten Segmenten mit mindestens einem Plug-in -Hybrid Modell vertreten.

Diese Tendenz offenbart, dass die Marktentwicklung womöglich stufenweise verläuft und der Plug-in -Hybrid als Zwischenschritt zu reinen Elektroautomobilen in vielen Fällen die derzeit optimale Lösung darstellt^[81]. Gründe hierfür können neben einem bundesweit noch zu groben Netz an Lade- und Schnellladepunkten (Vgl. Kapitel 4.2.3), gleichzeitig die noch unzureichende Kapazitäten der Akkumulatoren sowie die hohen Anschaffungskosten sein.

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^[1] Merkel, 2013, www.bundesregierung.de , Elektromobilität bewegt weltweit, Stand: 01.07.2018

^[2] Vgl. Renate Lachmann, 2003, Text und Wissen: technologische und anthropologische Aspekte, S. 46

^[3] Vgl. Michael Krause, 2013, Wo Menschen und Teilchen aufeinanderstoßen: Begegnungen am CERN, S. 146

^[4] Vgl. Prof. Dr. Wilhelm Schütz, 1982, Michael Faraday, S. 46

^[5] Vgl. Michael Krause, 2013, Wo Menschen und Teilchen aufeinanderstoßen: Begegnungen am CERN, S. 147

^[6] Vgl. Trueb/Rüetschi, 1998, Batterien und Akkumulatoren, S. 18

^[7] Vgl. Gmelin et al., 1836, Physikalisches Wörterbuch, S. 87

^[8] Vgl. Jendrischik et al., DCTI, 2010, CleanTech Studienreihe Band 4, S. 16

^[9] Vgl. Schmidt, 2003, Elektrochemische Verfahrenstechnik, S. 591

^[10] Vgl. Behling et al., 2013, Fuel Cell, S. 3

^[11] Vgl. Schmidt, 2003, Elektrochemische Verfahrenstechnik, S. 591

^[12] Vgl. Jendrischik et al., DCTI, 2010, CleanTech Studienreihe Band 4, S. 16

^[13] Vgl. Haut/ Purley, 1972, Die Geschichte der elektrischen Triebfahrzeuge, Band 1, S. 10

^[14] Vgl. Abele/Mener, 1997, Der Tesla Motor, S. 21 ff.

^[15] Vgl. Jendrischik et al., DCTI, 2010, CleanTech Studienreihe Band 4, S. 17

^[16] Vgl. Anderson/Anderson, 2010, Electric and hybrid cars: a history, S. 23

^[17] Vgl. Caspers, 2016 , Designing Motion: Automobildesigner von 1890 bis 1990, S. 51

^[18] Vgl. Carroué et al., 2007, La mondialisation, S. 190

^[19] Vgl. Saass,1962, Die Geschichte des Deutschen Verbrennungsmotorenbaues: Von 1860 bis 1918, S. 43

^[20] Vgl. Sülzer/Zimmermann, 2013, Abschied vom Planungswahn, S. 279

^[21] Vgl. Fahlbusch, 2015, Batterien als Energiespeicher, S. 128

^[22] Vgl. Jahns/Schüffler, 2008, Logistik: Von der Seidenstraße bis heute, S. 124

^[23] Vgl. Von Fersen, 1986, Ein Jahrhundert Automobiltechnik: Personenwagen S. 513

^[24] Vgl. Fahlbusch, 2015, Batterien als Energiespeicher, S. 129

^[25] Vgl. o.V., RWE Magazin, 2008, Mit Vollgas in die Zukunft, www.rwe.de , Stand: 02.07.2018

^[26] Vgl. www.arb.ca.gov , Stand: 02.07.2018

^[27] Vgl. Dudenhöffer, Wer kriegt die Kurve? Zeitenwende in der Automobilindustrie, S. 72

^[28] Vgl. www.tesla.com , Stand: 03.07.2018

^[29] Vgl. www.bmub.bund.de , Stand: 03.07.2018

^[30] Vgl. Greiner et al., 2017, Fakten-Check Elektromobilität, S. 4

^[31] Vgl. Griener/Simons, 2009, Driving the Energy Transition, S. 10

^[32] Vgl. Rahimzei et al., (2015): Kompendium: Li-Ionen-Batterien, S. 9

^[33] Vgl. Greiner et al., 2017, Fakten-Check Elektromobilität, S. 7

^[34] Vgl. Wallentowitz/Freialdenhoven, 2010, Strategien zur Elektrifizierung des Antriebsstranges, S. 70

^[35] Vgl. Tschöke, 2015, Die Elektrifizierung des Antriebsstranges: Basiswissen, S. 9

^[36] Vgl. Reif et al., 2012, Kraftfahrzeug-Hybridantriebe, S. 7

^[37] Vgl. Tschöke, 2015, Die Elektrifizierung des Antriebsstranges: Basiswissen, S. 2

^[38] Vgl. Basshuysen/Schäfer, 2010, Handbuch Verbrennungsmotor, S. 1009

^[39] Vgl. Tschöke, 2015, Die Elektrifizierung des Antriebsstranges: Basiswissen, S. 3

^[40] Vgl. Wallentowitz/Freialdenhoven, 2010, Strategien zur Elektrifizierung des Antriebsstranges, S. 54

^[41] Vgl. Basshuysen/Schäfer, 2010, Handbuch Verbrennungsmotor, S. 1009

^[42] Vgl. Tschöke, 2015, Die Elektrifizierung des Antriebsstranges: Basiswissen, S. 3

^[43] Vgl. Karle,2017, Elektromobilität: Grundlagen und Praxis, S. 33

^[44] Vgl. Basshuysen/Schäfer, 2010, Handbuch Verbrennungsmotor, S. 1009

^[45] Vgl. Reif, 2010, Konventioneller Antriebsstrang und Hybridantriebe, S. 16

^[46] Vgl. Basshuysen/Schäfer, 2010, Handbuch Verbrennungsmotor, S. 1009

^[47] Vgl. Reif, 2010, Konventioneller Antriebsstrang und Hybridantriebe, S. 16

^[48] Vgl. Berady, 2004, A Tropical Bear learns to surf, S. 460

^[49] Vgl. Specovius, 2017, Grundkurs Leistungselektronik, S. 401

^[50] Vgl. Karle, 2017, Elektromobilität: Grundlagen und Praxis, S. 34

^[51] Vgl. Basshuysen/Schäfer, 2010, Handbuch Verbrennungsmotor, S. 752

^[52] Vgl. Hofmann, 2014, Hybridfahrzeuge: Ein alternatives Antriebssystem der Zukunft, S. 528

^[53] Vgl. Reif, 2010, Konventioneller Antriebsstrang und Hybridantriebe, S. 16

^[54] Vgl. Lehmann/Luschtinetz, 2014, Wasserstoff und Brennstoffzellen, S. 25

^[55] Vgl. Geitmann, 2002, Wasserstoff & Brennstoffzellen: Die Technik von morgen!, S. 48

^[56] Vgl. Lehmann/Luschtinetz, 2014, Wasserstoff und Brennstoffzellen, S. 26

^[57] Vgl. Geitmann, 2002, Wasserstoff & Brennstoffzellen: Die Technik von morgen!, S. 49

^[58] Vgl. Wilhelm, 2010, Hybridisierung und Regelung eines mobilen Direktmethanol-Brennstoffzellen-Systems, S. 8

^[59] Vgl. Hilgers, 2016, Alternative Antriebe und Ergänzungen zum konventionellen Antrieb, S. 16

^[60] Vgl. Hilgers, 2016, Alternative Antriebe und Ergänzungen zum konventionellen Antrieb, S. 15

^[61] Vgl. www.sonomotors.com , Der Sion, Stand: 05.07. 2018

^[62] Vgl. www.sonomotors.com , 2017, Sion – Informationsblatt, S. 7, Stand 05.07.2018

^[63] Vgl. www.sonomotors.com , 2017, Sion – Informationsblatt, S. 8, Stand 05.07.2018

^[64] Vgl. www.sonomotors.com , Der Sion, Stand: 05.07. 2018

^[65] Vgl. www.hanergy.com , Hanergy launches full solar power vehicle, Stand. 05.07.2018

^[66] Vgl. Michels et al., 2018, Elektromobilitätsstrategie der Bundesregierung, S. 12

^[67] Ramsauer, 2011, Elektromobilität – Deutschland als Leitmarkt und Leitanbieter, S. 8

^[68] Vgl. Kagermann, www.nationale-plattform-elektromobilitaet.de , Stand: Stand 07.07.2018

^[69] Ramsauer, 2011, Elektromobilität – Deutschland als Leitmarkt und Leitanbieter, S. 9

^[70] Vgl. Ramsauer, 2011, Elektromobilität – Deutschland als Leitmarkt und Leitanbieter, S. 16

^[71] Vgl. Metzner, 2009, „Förderprogramm Modellregionen Elektromobilität“, S. 2

^[72] Vgl. Ramsauer, 2011, Elektromobilität – Deutschland als Leitmarkt und Leitanbieter, S. 16

^[73] Vgl. Die Bundesregierung, 2015, www.bundesregierung.de , Vorteile für Elektroautos, Stand: 07.07.2018

^[74] Vgl. Die Bundesregierung, 2016, www.bundesregierung.de , Verbesserte Förderung von Elektrofahrzeugen, Stand: 07.07.2018

^[75] Vgl. Püschner, 2016, Wegweiser Elektromobilität, S. 17

^[76] o.V., www.erneuerbar-mobil.de , Elektromobilität. Definition im Sinne der Bundesregierung, Stand: 07.07.2018

^[77] Vgl. Heymann et al., 2011, Deutsche Bank Research – Elektromobilität, S. 2

^[78] Vgl. Greiner et al., 2017, Fakten-Check Elektromobilität, S. 6

^[79] Vgl. www.kba.de , Kraftfahrtbundesamt, Bestand an PKW 2017, 10.07.2018

^[80] Vgl. Greiner et al., 2017, Fakten-Check Elektromobilität, S. 3

^[81] Vgl. Bernhart et al., 2017, Index Elektromobilität, S. 11