Die Mobilität der Zukunft muss nachhaltig, ressourcenschonend und zuverlässig sein. Dabei werden dringend Lösungen für alle Sparten der Mobilität benötigt. Neben dem Straßenpersonenverkehr, der in erheblichem Maß zu den Treibhausgasemissionen beiträgt, gehören auch der Straßengüterverkehr, der Luftverkehr, die internationale Seeschifffahrt und der nicht elektrifizierte Schienenverkehr zu den Verursachern. Ein Mix von Maßnahmen muss entwickelt werden, da einzelne Maßnahmen allein nicht ausreichen. Zu diesem Mix an Maßnahmen zählen: Eine Elektrifizierungs- und Effizienzstrategie für die Antriebe der Zukunft, die Entwicklung und Anwendung alternativer klimaneutraler Kraftstoffe für Verkehrssegmente, die auch zukünftig auf flüssige Kohlenwasserstoffe angewiesen sind, und der Aufbau von entsprechenden Infrastrukturen. Hierzu zählen neben flächendeckenden Ladeinfrastrukturen auch Transport- und Betankungsinfrastrukturen für Wasserstoff. Dafür sind innovative Konzepte und die mutige Umsetzung nachhaltiger Strategien gefragt. Das ZSW ist der richtige Ansprechpartner für eine emissionsfreie Mobilität mit elektrischen Antrieben auf Basis von Batterien und Brennstoffzellen ebenso wie für alternative Kraftstoffe.
Das Fachgebiet Systemanalyse greift diese technischen Entwicklungen auf und erarbeitet Konzepte für den flächendeckenden und systemrelevanten Einsatz. So werden unter anderem die technischen Entwicklungspfade an den ökonomischen Restriktionen gespiegelt, um Impulse für die zielgerichtete Weiterentwicklung der Technologien zu geben. In Projekten wie komDRIVE hat das ZSW schon frühzeitig die aktuellen und zukünftigen Kostenpotenziale von Traktionsbatterien untersucht. Durch Sensitivitätsanalysen und die Betrachtung unterschiedlicher Geschäftsmodelle werden Prognosen für die Zukunft gestellt sowie unterschiedliche Konzeptansätze anhand der Total Cost of Ownership (Gesamtkostenbetrachtung) verglichen und bewertet. Ein Ziel ist die Ableitung von Handlungsempfehlungen für Industrie und Politik, um auch zukünftig den Wirtschaftsstandort Deutschland und Baden-Württemberg zu stärken.
Im Leuchtturmprojekt Power-to-Gas Baden-Württemberg wurden Geschäftsmodelle für die regenerative Bereitstellung von eFuels (eH2, eCH4, ePtL) erarbeitet - ein vielversprechendes Konzept - nicht nur für den individuellen Personenverkehr, sondern in besonderem Maße für Verkehrsleistungen, die sich aus heutiger Sicht nicht rein batterieelektrisch bewältigen lassen. Dazu zählen beispielsweise die Langstreckenmobilität sowie der Last-, Schienen-, Luft- und Schiffsverkehr.
Informationen zur Ladeinfrastruktur für die Elektromobilität finden Sie im Thema Smart Grids & Netzintegration.
Batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) beziehen ihre komplette, für den Antrieb notwendige Energie aus Batterien. Dementsprechend spielen möglichst hohe Energiedichten der Zellen ein zentrales Thema bei der Entwicklung fortschrittlicher Zellen. Damit einhergehen auch sehr viele Themen rund um die Sicherheit der Zellen, deren Kaltstarteigenschaften, die Schnellladefähigkeit sowie die Reduktion der Material- und Fertigungskosten.
Hybridantriebe (HEV) kombinieren einen Elektroantrieb mit einem Verbrennungsmotor und umfassen ein großes Spektrum an Typologien, vom Mikro- und Mild-Hybrid, über den Full- und Plug-In-Hybrid (PHEV) bis zum sogenannten Range-Extender. In dieser Reihenfolge steigt auch die Kapazität der Batterien, die für den Hybridantrieb zum Einsatz kommen. Generell müssen Akkumulatoren für Hybridantriebe eine sehr hohe Zyklenfestigkeit und eine hohe Leistungsdichte aufweisen. Während für Mikro-Hybride noch leistungsfähige Blei-Säure-Starterbatterien verwendet werden und Toyota für seine Full-Hybride alkalische Nickel-Metallhydrid-Zellen einsetzt, sind für alle anderen Anwendungen leistungsfähige Lithium-Ionen-Zellen die Technologie der Wahl – auch zukünftig. Hinzu kommt noch ein starker Trend künftig auch die Starterbatterien auf die Lithium-Ionen-Technologie umzustellen.
Das ZSW bietet ein umfassendes Kompetenzspektrum zu allen Aspekten der Batterieforschung: Ob Materialien, Komponenten, Produktions- und Prozessforschung, Post-Mortem-Analysen, Recyclingkonzepte, oder Funktions- und Sicherheitstests sowie viele Aspekte der Batteriesystemtechnik - all diese Themen runden die Leistungspalette ab. Lesen Sie hier mehr über unsere Batterieforschung.
Zum Laden der batterieelektrischen Fahrzeuge wird die entsprechende Infrastruktur benötigt, die über das Stromnetz versorgt wird. Zur Stabilisierung der Netze müssen die Ladestationen elektronisch mit den Systemen der Netzbetreiber kommunizieren, um mögliche Lastspitzen zu vermeiden. Solche und ähnliche Fragestellungen werden am ZSW im Themenbereich Smart Grid bearbeitet.
Beim Brennstoffzellen-Antrieb (FCEV = Fuel Cell Elektric Vehicle) wird der Strom für die Elektromotoren durch eine Brennstoffzelle aus dem in Hochdrucktanks mitgeführten Wasserstoff erzeugt. Aufgrund des hohen Energieinhaltes von Wasserstoff und des einfachen Betankungsvorganges (Druckgas) zeichnen sich Brennstoffzellen-Fahrzeuge durch hohe Reichweiten (400 – 700 km) aus. Das Betanken dauert wie beim heutige Benziner nur wenige Minuten. Damit erschließt sich für Brennstoffzellen die komplette Palette der heutigen Fahrzeugantriebe, von der Reiselimousine über den Stadtbus bis zum Schienenfahrzeug. Das ZSW bieten ein umfassendes Kompetenzspektrum zu allen Aspekten der Brennstoffzellen-Forschung – von neuen Materialien und optimierten Komponenten (Elektroden, Bipolarplatten etc) bis zur Fertigungstechnologie für Zellen und Stacks. Funktions- und Lebensdauertests, viele Aspekte der Brennstoffzellensystemtechnik und zum Thema Wasserstoffqualität runden die Angebotspalette des ZSW ab.
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