Geladen - der Batteriepodcast zur Energiewende

Die Batterieindustrie erlebt einen regelrechten Boom: Ständig gibt es neue Durchbrüche in der Batterietechnik, die früher oder später in die Elektroautos Einzug finden. Und diese Innovationen beschränken sich nicht auf Lithium-Ionen-Batterien, auch andere Batterietypen und Zellchemien machen ständig Sprünge bei der Energiedichte, dem Preis, der Effizienz oder Langlebigkeit. Daneben gibt es immer mehr vielversprechende Entwicklungen im Bereich Nachhaltigkeit (Recycling), Ladegeschwindigkeit (Megawatt-Charging) oder Datenanalyse (KI und Batterien). Daniel stellt 5 wichtige Batterie-Highlights aus dem Jahr 2023 vor.

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Unser Podcastgast für heute ist Ove Petersen. Er ist CEO der GP Joule GmbH, einem nordfriesischen Energieversorger, der in allen Teilen der Energie-Wertschöpfungskette aktiv ist – von der Erzeugung, über die Projektierung bis hin zur Nutzung.

GPJoules Steckenpferd-Projekt ist die sog. "eFarm". Die eFarm ist kein physischer Bauernhof, sondern ein zwischenstädtischer Energieverbund. Und als solches zählt er heute zu den größten Wasserstoff-Mobilitätsprojekten in ganz Deutschland: In den nordfriesischen Städten Bosbüll und Niebüll fahren dank der eFarm zwei Wasserstoffbusse sowie eine Flotte von 30 Wasserstoff-Pkw. Und das völlig klimaneutral!

Fünf Elektrolyseur-Standorte produzieren rund um die Uhr grünen Wasserstoff. Diese stehen in der Nähe von Solar- und Windparks. Der Wasserstoff wird an 2 Wasserstofftankstellen in Niebüll und Husum vertankt. Das Prinzip setzt sich also wie folgt zusammen: (1) Wind ernten, (2) Wasser spalten, (3) Wasserstoff tanken, (4) mit Wasserstoff fahren. Außerdem wird die Abwärme der Elektrolyseure als Fernwärme zum Heizen der anliegenden Gebäude genutzt.

Bisher sind noch keine stationären Brennstoffzellen im Einsatz, die den grünen Wasserstoff rückverstromen könnten, um bei Dunkelflauten das lokale Stromnetz zu stützen. Dieses ist in Nordfriesland jedoch durch die Nähe zu den skandinavischen Ländern (viel Wasserkraft, Windkraft, Biogas) aber eh nicht so anfällig, was etwaigen Strommangel betrifft. Ove Petersen erklärt im Podcast, wie das Prinzip dieses Energieprojekts auch in süddeutschen Regionen (oder weltweit) zur Anwendung kommen könnte.

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Die Elektrifizierung des Schwerlastverkehrs ist in vollem Gange: Vereinzelt sind bereits elektrisch angetriebene Lastkraftwagen auf Europas Straßen unterwegs, die - nur mit Batterien ausgestattet - bis zu 600 km am Stück mit Nutzlast fahren, bevor sie wieder aufladen. Doch leider gibt es für Lkw bisher nur sehr vereinzelte Ladestationen in Deutschland. Und, je größer die Batteriekapazität des Lkw, desto länger ist auch die Ladezeit. Deswegen zögern so viele Unternehmen, Ihre Diesel-angetriebenen Nutzfahrzeugflotten zu elektrifizieren. Spediteure und Unternehmen kalkulieren zum Teil mit der zweiten Eurocent-Nachkommastelle, um die Profitabilität ihrer Nutzfahrzeuge (wie Lkw) zu errechnen. Lange Wartezeiten sind also nicht nur ungern gesehen, sondern oft betriebswirtschaftlich undenkbar. In einigen Einsatzorten schlicht unmöglich, beispielsweise bei der Feuerwehr, Polizei, beim Krankenwagen, dem THW oder Zivilschutz. Oder eben: bei Schneepflügen!

Das Megawatt-Laden soll sich daher in den nächsten Jahren als eine Art neuer Standard etablieren: Mit Laderaten jenseits der 1.000 Kilowatt verspricht das neue Ladesystem "MCS" ein superschnelles Laden dieser Nutzfahrzeuge. Der Betrieb erfolgt dabei mit Niederspannung von bis zu 1.250 V bei einem maximalen Ladestrom von 3.000 Ampere. Diese hohen Stromstärken sind lokal allerdings nur zu bewältigen, indem ziemlich dicke Kupferkabel (Durchmesser: z.T. über 3 cm) eingesetzt werden. Dies betrifft zwar nur Kabel von der Pufferbatterie zum Fahrzeug, ist aber mit hohen Kosten und kritischem Rohstoffeinsatz verbunden.

Unser Gast für heute, Markus Erdmann, ist "Leiter Produktmanagement E-Lkw" bei der „Designwerk“, einem Schweizer Hersteller von elektrifizierten Nutzfahrzeugen. Im Interview erklärt unser Podcastgast, wie sich Spezialfahrzeuge wie z.B. Schneepflüge, Tanklaster und Grubenfahrzeuge batterieelektrisch projektieren lassen. Neben verschiedenen Batteriechemien, die bei „Designwerk“ zum Einsatz kommen, kommt es auch auf die richtige Architektur der Batteriepacks im Fahrzeug an. Nur so kann eine Fahrzeugbatterie von außen zugänglich sein und eines Tages getauscht werden.

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Whitepaper: https://hiu-batteries.de/wp-content/uploads/2023/08/230301_WhitePaper-Vollelektrisch-oder-Wasserstoff-Fuenf-Mythen-in-der-Transportlogistik.pdf

Vergleich zw. BEV-Lkw und FCEV-Lkw: https://hiu-batteries.de/wp-content/uploads/2023/08/230726_Alternative-Antriebe_BEV-FCEV-im-Vergleich.pdf

Was fehlt noch, dass Batterien auch in Flugzeugen eingesetzt werden können? Eine viel höhere Energiedichte auf jeden Fall. Wir besprechen im Geladen Podcast neuste Forschungsergebnisse aus China, die aufhorchen lassen. Dort wird eine gravimetrische Energiedichte von 711 Wh/kg und eine volumetrische Energiedichte von sogar 1653 Wh/L angekündigt. Zum Vergleich: Derzeitige Lithium-Ionen-Batterien kommen auf 250 Wh/kg und 450 Wh/L. Die Forschungsergebnisse könnten nicht nur für Batterie-Flugzeuge den Durchbruch bedeuten, sondern auch Elektroautos nochmal einen Schub geben. Prof. Maximilian Fichtner vom Helmholtz-Institut Ulm ordnet diese Ankündigung für uns ein. Gibt es diese Batterie demnächst auf dem Markt? Oder was fehlt noch zur Markteinführung?

Hier die chinesische Publikation: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0256-307X/40/4/048201

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Unser heutiger Gesprächsgast Martin Doppelbauer ist Professor am Elektrotechnischen Institut (ETI) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Dort hat er seit 2011 eine Professur für "hybridelektrische Fahrzeuge" inne. In diese Forschungszeit fällt auch die erfolgreiche Ära sog. "Plug-in-Hybride" (also Verbrenner-Autos, die ebenfalls eine kleine Batterie als Antrieb nutzen). Grund genug also, mit unserem Podcastgast ein Resümee zu ziehen: Wie nachhaltig werden Hybrid-Autos in Deutschland gefahren? Sind Plug-in-Hybridantriebe ein deutsches Phänomen? Welche Antriebssysteme werden sich in Zukunft durchsetzen? Und was macht den Elektromotor eigentlich so attraktiv?

Neben der Batterie ist auch der Elektromotor Kernbestandteil eines jeden E-Autos. Martin Doppelbauer stellt im Podcast die Wirkungsweise und insb. den Wirkungsgrad des E-Motors dar. Im Vergleich zu Verbrenner-Motoren sind die Elektromotoren so effizient, weil es zu wesentlich weniger ungenutzter Wärmeentwicklung im Motorraum kommt. Daneben unterscheidet sich ist die Welt der Elektromotoren stark von Kolben-getriebenen Technologie durch unterschiedliche Leistung, Drehmoment, Drehzahl und Getriebe-Übersetzung.

Martin Doppelbauer unterhält folgende Vorlesungen am ETI: (1) Elektromagnetische Felder, (2) Praxis Elektrischer Antriebe, (3) Hybride und elektrische Fahrzeuge und (4) Entwurf elektrischer Maschinen. Zentrale Forschungsfelder stellen vor allem Synchron- und Asynchronmaschinen dar. Bei Synchronmaschinen läuft der Rotor synchron mit dem Drehfeld des Stators. Das unterscheidet sie von Asynchronmaschinen, deren Rotor dem Drehfeld im Motorbetrieb nach- und im Generatorbetrieb voreilt. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist, dass im Gegensatz zu Asynchronmaschinen für den Betrieb von Synchronmaschinen ein zusätzliches Erregerfeld benötigt wird.

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https://www.eti.kit.edu/mitarbeiter_doppelbauer.php

Der Verkehrssektor ist einer der Hauptverursacher von Treibhausgasemissionen.

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Unser heutiger Podcastgast, Dr. Jürgen Wagner von "MAN Truck & Bus", erklärt die Elektrifizierungsstrategie seines Unternehmens. Tatsächlich fahren die Münchener dreigleisig: Der Hersteller von Nutz- und Lastkraftwagen entwickelt sowohl Wasserstoff-Trucks als auch batteriebetriebene Lkw. Bisher ist das Geschäft mit Diesel-betriebenen Trucks noch Hauptbestandteil des Fahrzeugherstellers.

Erst im Juni 2023 hat MAN offiziell von der Landesregierung Bayerns 4 Förderungen in Höhe von 24 Millionen Euro erhalten. Diese Summe ist "Teil einer Technologieförderung" für die Entwicklung von Hochvoltbatterien für E-Lkw und E-Busse. Mitunter wird aber auch die Weiterentwicklung von #Brennstoffzellen und Wasserstoff-Technologien gefördert.

Die #Großserienproduktion von #Hochvoltbatterien soll schon übernächstes Jahr (Anfang 2025) anlaufen. Bis dahin werden die Batteriesysteme weiterhin in Kleinserie gefertigt. Die Zellen - größtenteils NMC-Batteriezellen aus China - werden dann jährlich in knapp 100.000 Hochvoltpacks verbaut, die ca. 25.000 Trucks pro Jahr ausstatten sollen. In diesem Podcast erfahren Sie die größten Herausforderungen seitens MAN's Kunden, wie der Hersteller mit Batterie-Garantien umgeht und vor allem: Welche Lösungen die neue Lade-Infrastruktur (Megawatt-Charging) für Trucks bereithält.

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Links:

https://www.electrive.net/2023/06/23/bayern-foerdert-batterie-entwicklung-bei-man/

https://www.nordbayern.de/wirtschaft/warmer-regen-fur-man-in-nurnberg-25-millionen-euro-fur-entwicklung-hochmoderner-batterien-1.13361593

https://press.mantruckandbus.com/corporate/de/elektromobilitaet-man-erhaelt-foerderbescheide-fuer-die-weiterentwicklung-von-lkw--und-bus-batterien-in-nuernberg/

Die Batterien unserer Elektroautos sind fest eingeplant von Politik und Wirtschaft als Zwischenspeicher zum Ausgleich der Volatilität der erneuerbaren Energiequellen. Gleichzeitig warten auch viele E-Autobesitzer auf diese Technologie Vehicle-to-Grid (V2G), um mit der Rückspeisung der Energie aus der Batterie Ihres Autos in das Stromnetz auch ein bisschen Geld zu verdienen bzw. einzusparen. Dr. Andreas Piepenbrink hatte in unserem Podcast die immensen Erwartungen an V2G gedämpft – Er gab an, dass fast alle derzeitigen E-Autos und Wallboxen nicht die physischen Voraussetzungen für V2G mitbringen und diese auch nicht so einfach nachzurüsten seien. Was ist also der aktuelle Stand? Das klären wir mit Marcus Fendt, Managing Director des Unternehmens „The Mobility House“. Wer bremst da im Moment den Start der Technologie aus – die Netzbetreiber, die Politik oder die E-Autobauer? Was könnte V2G in Zukunft leisten? Und wie würden die Elektroautobesitzer davon profitieren?

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Folge mit Dr. Piepenbrink: https://geladen.podigee.io/67-vehicle-to-grid

Unser heutiger Podcastgast ist Dr. Serafin von Roon (Ffe). Er betreibt mit seinem Kollegen Philipp Hench einen eigenen Podcast namens "Redispatch - Aktuelles aus Energiewirtschaft und Klimapolitik". Hier gibt's alle Episoden: https://www.redispatch-podcast.de/

Die Einspeisung von Erneuerbaren Energien verläuft in den deutschen Bundesländern höchst unterschiedlich: Der Norden baut kräftig Windkraftanlagen an Land und auf See, der Süden konzentriert sich eher auf PV-Anlagen. Im Südwesten haben sich jüngst Landespolitiker mit einer Forderung nach Industriestrompreisen aus Bundesfördermitteln abgesprochen. Außerdem sind die Südländer strikt gegen eine Bildung sogenannter Strompreiszonen in Deutschland.

Das sind Ihre Fragen:

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Redispatch-Podcast:

Ohne eine einheimische Versorgung mit dem Batterie-Gold Lithium könnte es für Europas Autokonzerne schwierig werden, mit China zu konkurrieren, das seine Elektroauto-Industrie rasch ausbaut und in den europäischen Markt vordringt. China kontrolliert einen Großteil der weltweiten Lithiumverarbeitung, bei der ein aus Sole oder Erz gewonnenes Konzentrat in chemische Lithiumverbindungen wie Carbonat oder Hydroxid umgewandelt wird, die in Antriebsbatterien verwendet werden. China wird der Versorgung seiner eigenen Industrie Vorrang einräumen.

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