- Was ist Elektromobilität?
- Geschichte und Entwicklung der Elektromobilität
- Grundlagen der Elektromobilität
- Gründe für die Elektromobilität
- Wie grün ist die E-Mobilität?
- Gesetzliche Regelungen zur Elektromobilität
- Überblick über die Elektromobilitätstechnologien
- Weitere Technologien der E-Mobilität
- Vorteile der Elektromobilität
- Nachteile und Herausforderungen der Elektromobilität
- Förderung der Elektromobilität
- Trends und Zukunft der E-Mobilität
- Schulungen für die Elektromobilität
- Umsetzung der Elektromobilität
Hohe CO2-Emissionen, Beschleunigung des Klimawandels und verschmutzte Luft in Innenstädten: Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor stehen der Erreichung der Klimaziele entgegen. Elektromobilität gilt hier als Schlüssel für klimafreundliche Mobilität.
Was ist Elektromobilität?
Elektromobilität oder kurz E-Mobilität bezeichnet die Nutzung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen. Nach der Bundesregierung beinhaltet Elektromobilität alle Fahrzeuge, die von einem Elektromotor angetrieben werden und ihre Energie überwiegend aus dem Stromnetz beziehen, also extern aufladbar sind.
Beispiele für Elektrofahrzeuge sind Elektroautos, E-Bikes, Pedelecs, Elektro-Motorräder, E-Scooter, E-Busse und E-Trucks. Elektrofahrzeuge können in rein elektrisch betriebene Fahrzeuge (BEV), eine Kombination von E-Motor und kleinem Verbrennungsmotor (REEV) sowie Hybridfahrzeuge unterteilt werden (HEV + PHEV).
Geschichte und Entwicklung der Elektromobilität
Bereits 1867 stellte Werner von Siemens auf der Weltausstellung in Paris den elektrischen Generator vor. Die ersten Elektroautos wurden Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt. 1899 fuhr Camille Jenatzy mit seinem Elektroauto als erster Mensch mit einem Landfahrzeug über 100 km/h. Ab Ende des 19. Jahrhunderts wurden bereits Bahnen betrieben, die durch Oberleitungen und Stromschienen mit Energie versorgt wurden.
Anfang des 20. Jahrhunderts waren Elektroautos noch weit verbreitet, bis im Jahr 1911 der elektrische Anlasser für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor erfunden wurde und damit Elektrofahrzeuge verdrängt wurden. Erst Mitte der 1990er-Jahre kam mit dem Toyota Prius ein Hybridmodell auf den Markt. Im Jahr 2015 trat in Deutschland das Elektromobilitätsgesetz (EmoG) in Kraft, das Elektromobilität attraktiver machen und somit zum Klimaschutz beitragen soll.
Grundlagen der Elektromobilität
Elektromobilität basiert auf der Funktionsweise eines Elektromotors. Ein Elektromotor ist ein elektromechanischer Wandler, der elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt.
Beim Laden eines Elektrofahrzeugs wird elektrische Energie in der Batterie gespeichert. Während des Betriebs des Elektrofahrzeugs wird Gleichstrom aus der Batterie in Wechselstrom zum Antrieb des Elektromotors umgewandelt. Der Elektromotor wandelt die elektrische Energie in eine mechanische Drehbewegung um. Dazu werden in stromdurchflossenen Leiterspulen Magnetfelder erzeugt, deren gegenseitige Anziehungs- und Abstoßungskräfte zu einer Drehbewegung des Rotors führen.
Gründe für die Elektromobilität
CO2-Emissionen haben Auswirkungen auf die Umwelt und tragen zum Klimawandel bei. Der Straßenverkehr ist für etwa ein Viertel aller CO2-Emissionen weltweit verantwortlich. Klima- und Umweltschutzziele lassen sich somit nur erreichen, wenn auch der Straßenverkehr einen wesentlichen Beitrag leistet.
E-Mobilität soll die CO2-Emissionen im Straßenverkehr senken. Elektrofahrzeuge fahren emissionsfrei und leiser als konventionelle Fahrzeuge und sind somit in der Gesamtbilanz klima- und umweltfreundlicher.
Bereits mit dem heutigen deutschen Strommix schneiden rein elektrisch betriebene Fahrzeuge in der Klimabilanz besser ab als Benziner oder Dieselfahrzeuge. Weiterhin stehen fossile Brennstoffe nur begrenzt zur Verfügung. Auch sorgt Elektromobilität für eine bessere Luftqualität und positive Auswirkungen auf die Gesundheit der Menschen.
Wie grün ist die E-Mobilität?
Grundsätzlich müssen zur Bewertung der Umweltfreundlichkeit von Elektromobilität nicht nur die lokalen Emissionen beim Antrieb, sondern auch die erzeugten Emissionen über die gesamte Lebensdauer eines Elektrofahrzeugs betrachtet werden – von der Herstellung bis zu Entsorgung oder Recycling.
Wenn der Strom vollständig aus erneuerbaren Energien und nicht etwa aus Kohlekraftwerken erzeugt wurde, ist der Betrieb eines Elektrofahrzeugs bzw. E-Mobilität emissionsfrei und somit CO2-neutral. Bei der Herstellung eines Elektrofahrzeugs, insbesondere bei der aufwendigen Batterieproduktion, werden Rohstoffe wie Lithium, Kobalt oder Gallium benötigt und Emissionen erzeugt. Insgesamt schneidet das Elektroauto allerdings über den Lebenszyklus betrachtet deutlich besser als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor ab.
Gesetzliche Regelungen zur Elektromobilität
Im Jahr 2015 trat das Elektromobilitätsgesetzt (EmoG) in Kraft. Dieses Gesetz soll Elektrofahrzeuge für Autofahrer attraktiver machen und somit zum Klimaschutz beitragen. Das EmoG umfasst Maßnahmen zur Förderung und Sonderregelungen für Elektrofahrzeuge.
Zudem haben Elektrofahrzeuge in einigen Städten Deutschlands Sonderrechte. So parken Elektrofahrzeuge in manchen Städten kostenlos oder dürfen Busspuren nutzen.
Nach dem Kraftfahrzeugsteuergesetz (KraftStG) sind Elektrofahrzeuge in Deutschland steuerbegünstigt. Auch europäische Verordnungen wie die CO2-Flottengrenzwert-Verordnung oder die Erneuere Energien-Richtlinie tragen zur Förderung der E-Mobilität bei.
Die „Gesetzeskarte Elektromobilität“ der NOW GmbH ist eine Sammlung aller Strategien, Gesetze und Verordnungen im Themenbereich Elektromobilität auf europäischer, Bundes-, Landes- und kommunaler Ebene.
Überblick über die Elektromobilitätstechnologien
Es gibt unterschiedliche Technologien in der Elektromobilität. Elektrofahrzeuge lassen sich in folgende Antriebsarten unterteilen:
Batteriebetriebenes Fahrzeug (BEV – Battery Electric Vehicle)
Beim Batteriebetriebenen Elektrofahrzeug (BEV) wird das Fahrzeug ausschließlich vom Elektromotor betrieben, die Antriebsenergie stammt hierbei aus der Batterie. Die Batterie wird an öffentlichen oder privaten Ladestationen über das Stromnetz aufgeladen.
Range Extended Electric Vehicle (REEV)
Beim Range Extended Electric Vehicle (REEV) wird bei Bedarf über einen Generator zusätzlich Strom für den Elektromotor erzeugt, um die Reichweite des Fahrzeugs zu erweitern. Der Generator wird hierbei beispielsweise mit einem Verbrennungsmotor betrieben. Im Gegensatz zu Hybridfahrzeugen wird das Fahrzeug allerdings nicht direkt mit dem Verbrennungsmotor angetrieben.
Hybrid-Fahrzeuge (HEV – Hybrid Electric Vehicle)
Hybrid-Fahrzeuge (HEV) kombinieren zwei Antriebstechniken. Kürzere Strecken können Sie in der Regel elektrisch zurücklegen, dank ihres Verbrennungsmotors schaffen sie aber auch Langstrecken problemlos. Beim Hybrid-Fahrzeug wird die Batterie beim Fahren über den Verbrennungsmotor aufgeladen. Zudem wird Bremsenergie in der Batterie gespeichert, dieser Effekt heißt Rekuperation.
Plug-in-Hybrid (PHEV)
Hybrid-Autos, die nicht nur beim Ausrollen oder Bremsen zurückgewonnenen Strom nutzen, sondern auch über das Stromnetz an der Steckdose geladen werden können, bezeichnet man als Plug-in-Hybride (PHEV). Hybride gelten als Brückentechnologie, bis Autos der Zukunft vollständig mit Strom angetrieben werden.
Weitere Technologien der E-Mobilität
Die Kerntechnologie in der E-Mobilität ist der gesamte elektrische Antriebsstrang, von der Batterie bis zum Elektromotor. Eine weitere entscheidende Technologie ist die Ladeinfrastruktur. Als Alternative zu Ladestationen wird hierzu aktuell an innovativen Lösungen geforscht. So beschäftigt sich beispielsweise der Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) [Link zu www.faps.fau.de] an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) mit der Herstellung von Ladepads zur induktiven Energieübertragung (engl. Inductive Power Transmission, IPT). Ziel ist es, das Aufladen der Batterie induktiv zu ermöglichen, also die Energie mittels Magnetfelder über die Luft, statt mit einem Kabel zu übertragen. Diese Ladepads werden im Asphalt des Fahrbahnbodens verbaut. Auf diese Weise kann die Batterie sogar während der Fahrt aufgeladen werden.#
Vorteile der Elektromobilität
Elektrofahrzeuge sind im Vergleich zu Autos mit Verbrennungsmotor deutlich leiser, effizienter und emissionsärmer, da beim Betrieb der Autos aufgrund der Funktionsweise von Elektromobilität keine Schadstoffe ausgestoßen werden. Wenn der Strom mittels erneuerbarer Energie erzeugt wurde, ist der Betrieb eines Elektrofahrzeugs sogar emissionsfrei.
Zudem sind Elektrische Fahrzeuge weniger wartungsintensiv und reparaturanfällig, da ein Elektromotor aus deutlich weniger Einzelteilen als ein Verbrennungsmotor gefertigt wird. Auch für mehr Fahrspaß ist gesorgt: Aufgrund des umgehend zur Verfügung stehenden Drehmoments können E-Autos aus dem Stand schneller beschleunigen.
Nachteile und Herausforderungen der Elektromobilität
Allerdings sind die Anschaffungskosten für ein E-Auto sind aktuell höher als die eines vergleichbaren Benzin- oder Dieselfahrzeugs. Über die Lebensdauer gerechnet lohnt sich jedoch ein Elektrofahrzeug, da Strom günstiger ist als fossile Brennstoffe.
Die Reichweite der Batterien ist heute oft noch unter der eines Verbrenners und somit verbesserungswürdig. Ebenso herrscht bei der Ladeinfrastruktur in der E-Mobilität noch Optimierungspotenzial. Die öffentlichen Ladestationen sind recht ungleichmäßig verteilt, zudem gibt es noch keinen einheitlichen Standard.
Bei niedrigen Geschwindigkeiten sind E-Autos so leise, dass sie von Fußgängern und Radfahrern leicht überhört werden können. Aus diesem Grund müssen in der EU alle neuen E- und Hybridautos mit einem Acoustic Vehicle Alert System (AVAS) ausgerüstet werden. Dieses erzeugt bis zu einer Geschwindigkeit von 20 km/h Geräusche, die denen von Benzinern oder Dieseln ähneln. Bei höheren Geschwindigkeiten ist das Rollgeräusch der Reifen zu hören. Natürlich dürfen die Emissionen bei der Herstellung eines Elektrofahrzeugs, insbesondere der Batterie, nicht vernachlässigt werden.
Förderung der Elektromobilität
Zur Erreichung der Klimaziele sollen bis 2030 mindestens sieben bis zehn Millionen Elektrofahrzeuge in Deutschland fahren und eine Million Ladepunkte zur Verfügung stehen. Daher hat die Bundesregierung, unter anderem im Klimaschutzprogramm 2030, unterschiedliche Fördermaßnahmen der Elektromobilität wie Kaufprämien, Steuervergünstigungen und umfassende Zuschüsse zur Ladeinfrastruktur beschlossen.
Die Bundesregierung unterstützt den Kauf von Elektrofahrzeugen mit Fördermitteln unterstützt. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fördert die Forschung an neuen Batterien und Verbesserung der Ladeinfrastruktur.
Trends und Zukunft der E-Mobilität
Elektromobilität steht aktuell noch am Anfang. In den letzten Jahren hat der weltweite Marktanteil von E-Autos einen gewaltigen Sprung nach vorne gemacht. Dieser Trend wird sich auch in den kommenden Jahren exponentiell fortsetzen. Die EU-Kommission hat derzeit Bestrebungen, dass Neuwagen ab 2035 emissionsfrei sein sollen, somit nur noch neue Elektrofahrzeuge zugelassen werden.
Auch die Ladeinfrastruktur wird kontinuierlich verbessert. Die Bundesregierung verabschiedete im Jahr 2019 den „Masterplan Ladeinfrastruktur“. Dies Plan trägt bis 2030 maßgeblich zum Ausbau und der Entwicklung der Ladeinfrastruktur bei. Die Batterien in Elektroautos sollen außerdem künftig zur Stabilisierung von intelligenten Stromnetzen (Smart Grids) beitragen.
Schulungen für die Elektromobilität
Damit auch Unternehmen vom Trend Elektromobilität profitieren können, ist die Weiterbildung in der E-Mobilität der Mitarbeiter unerlässlich. Hier bietet beispielsweise der Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg im Bereich der Elektromobilität folgende Schulungen und Kurse an:
- Seminar: „Grundlagen der Produktion elektrischer Antriebe“ – 2-tägiges Seminar, 03. Und 04. Mai 2023 in Nürnberg. Dieses Seminar ist als Grundlagen-Seminar zu verstehen, das den Stand der Technik im Bereich der Elektromotorenherstellung vermittelt und sich gut als Berufsqualifizierung bzw. Einstieg in die Thematik eignet.
- Konferenz: „Electric Drives Production Conference“ (E|DPC), IEEE-Fachkonferenz. Auf dieser Fachkonferenz werden aktuelle Forschungsergebnisse im Bereich Elektromotorenherstellung veröffentlicht und spezifische Fachdiskussionen ermöglicht.
Hier finden Sie das Seminar zur Produktion elektrischer Antriebe der WGP-Produktionsakademie.
Umsetzung der Elektromobilität
Beim Umstieg auf Elektromobilität und der Umsetzung von E-Mobilität ist professionelle Unterstützung eines spezialisierten Dienstleisters sinnvoll, um diese neuen Technologien schnell gewinnbringend in das eigene Portfolio integrieren zu können. An dieser Stelle eignen sich die Seminare, Schulungen und Weiterbildungen zur Elektromobilität der Produktionsakademie hervorragend, um die Umsetzung der Elektromobilität zu erleichtern und schnell Mehrwert zu generieren zu können.
Hier finden Sie das Seminar zur Produktion elektrischer Antriebe der WGP-Produktionsakademie.