Auswirkungen der Elektromobilität
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Ökonomische, ökologische und gesellschaftliche Auswirkungen der Elektromobilität
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Inhalt
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Umfang und Vorgehen
2 Bewertung der Auswirkungen pro Fahrzeug
2.1 Ökonomische Auswirkungen
2.1.1 Aftersales (Kosten beispielshalber für Deutschland)
2.1.2 Stromverbrauch
2.1.3 Kraftstoffverbrauch
2.1.4 Materialkosten pro Fahrzeug
2.1.5 Investitionen für die Ladeinfrastruktur
2.1.6 Rohstoffverschiebungen
2.2 Ökologische Auswirkungen
3 Auswirkungen bei verschiedenen Penetrationsraten
3.1 Herleitung der Stückzahlen
3.2 Verschiebungen abhängig von der jährlichen Produktion
3.2.1 Auswirkungen auf die Hauptkomponenten
3.2.2 Auswirkungen auf die Rohstoffe
3.3 Verschiebungen abhängig vom Fahrzeugbestand
3.3.1 Bewertung Rohölverbrauch
3.3.2 Bewertung Stromverbrauch
3.3.3 Bewertung Entwicklung der CO 2 Emissionen
3.4 Verschiebungen qualitativ
4 Resultierende Chancen und Risiken
Quellenverzeichnis
Abbildungen
Abbildung 1: Übersicht Chancen und Risiken der Elektromobilität
Abbildung 2: Übersicht Auswirkungen auf die Interessengruppen
Tabellen
Tabelle 1: Materialkosten Hauptkomponenten
Tabelle 2: Ökobilanz ICEV und BEV
Tabelle 3: Berechnung Einflüsse der jährlichen PKW Produktion weltweit
Tabelle 4: Prozentuale Mehr- und Minderbedarfe an Rohstoffen
Tabelle 5: Berechnung Einflüsse des gesamten PKW Bestandes weltweit
Tabelle 6: Prozentuale Minderbedarfe an Rohöl
Tabelle 7: Prozentuale Zusatzbedarfe an Strom
Tabelle 8: Prozentuale Einsparung an CO 2 Emissionen
Tabelle 9: Zusammenfassung qualitative Einflüsse weltweit
Abkürzungsverzeichnis
AU Abgasuntersuchung
BEV Battery Electric Vehicle
BW Baden Württemberg
BMWi Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
EBITDA Earnings Before Interest, Taxes, Depreciation and Amortization
ICE Internal Combustion Engine (Verbrennungsmotor)
ICEV Internal Combustion Engine Vehicle
IFA Institut für Automobilwirtschaft
IKT Informations- und Kommunikationstechnologie
KBA Kraftfahrtbundesamt
NPE Nationale Plattform Elektromobilität
OEM Original Equipment Manufacturer
PTC Positive Temperature Coefficient
Einheiten:
g Gramm
h Stunde
kg Kilogramm
km Kilometer
kW Kilowatt
kWh Kilowattstunde
MJ Megajoule
MWh Megawattstunde
TW Terawatt
TWh Terawattstunde
1 Umfang und Vorgehen
Um die Auswirkungen, die durch eine Ausbreitung der Elektromobilität entstehen, bestmöglich abzuleiten, werden die Erkenntnisse aus der Einflussanalyse der Elektromobilität bewertet.
Hierzu wird im ersten Schritt das Ausmaß pro Fahrzeug betrachtet. Dazu wird beschrieben, was die Substitution eines Autos mit Verbrennungsmotor durch ein Fahrzeug mit rein elektrischem Antrieb bedeutet.
Im zweiten Schritt werden beispielshalber die Ausmaße für drei unterschiedliche Penetrationsraten von jährlichen Fahrzeugneuzulassungen und dem Anteil am Gesamtfahrzeugbestand kalkuliert. Im Folgenden werden dann die quantitativen und qualitativen Erkenntnisse aufbereitet und zusammengefasst.
Die kalkulierten Werte sollen als Trendbarometer gesehen werden, um die einzelnen Veränderungen transparent und besser darstellbar zu machen. Das jeweilige länder- und unternehmensspezifische Ausmaß der Veränderungen ist je nach Region, der Branchenstruktur und der interner Leistungsfähigkeit[1] und dem zukünftigen Produktportfolio von den Herstellern und Anbietern abhängig. Es wird daher nicht der Einfluss auf einzelne Unternehmen betrachtet.
Aufgrund der Komplexität und Vielschichtigkeit ist bei den ausgewählten Werten kein Anspruch auf Vollständigkeit gegeben. Es soll ein Überblick bezüglich der wichtigsten Kerngrößen, bei denen die größten Verschiebungen und Veränderungen stattfinden, vermittelt werden.
2 Bewertung der Auswirkungen pro Fahrzeug
2.1 Ökonomische Auswirkungen
2.1.1 Aftersales (Kosten beispielshalber für Deutschland)
Die gesamten Instandhaltungskosten pro Fahrzeug mit Verbrennungsmotor belaufen sich durchschnittlich auf 405 € im Jahr (240 € Wartungsaufwand, 165 € Reparaturaufwand). Für ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug liegen die prognostizierten Kosten bei 324 €. Das bedeutet, dass sowohl im Werkstattgeschäft als auch im Teilehandel 81 € bzw. 20% Umsatz wegfallen.
2.1.2 Stromverbrauch
Der zusätzliche Bereitstellungsbedarf für den zur Ladung benötigten Strom liegt bei ca. 2.700 kWh pro Fahrzeug im Jahr. Das entspricht in etwa einem durchschnittlichen zusätzlichen Tagesverbrauch von 7,4 kWh.
Nach bisherigen Trends werden diese Stromabnahmen überwiegend an privaten Ladestellen (Ladestation, Steckdose am Haus oder in der Garage) getätigt. Es fließen daher die generierten Umsätze hauptsächlich den Energieversorgern und weniger den exklusiven Betreibern der Ladeinfrastruktur zu.
Da die Strompreise weltweit stark differieren, lässt sich der Einfluss auf den Umsatz generell schlecht bewerten. Hierzu müssten jeweils länderspezifische Betrachtungen durchgeführt werden.
2.1.3 Kraftstoffverbrauch
Durchschnittlich werden 855 Liter Kraftstoff pro Fahrzeug im Jahr weniger benötigt (davon ca. 720 Liter Benzin und 135 Liter Diesel). Das entspricht einer Verringerung des Mineralölbedarfes von ungefähr 1.500 Litern im Jahr pro Fahrzeug. Die Benzin bzw. Dieselpreise sind ebenfalls länderspezifisch geprägt und die Ölpreise unterliegen starken Schwankungen. Umsatzauswirkungen sind daher generell quantitativ schwer zu treffen. Es müssten analog zu den Strompreisen separate Berechnungen mit aktuellen Preisen und ausgewählten Ländern durchgeführt werden.
2.1.4 Materialkosten pro Fahrzeug
Insgesamt gesehen, ergibt sich bei den Materialkosten ein Umsatzpotenzial von 3.700 € für jedes BEV. Entscheidend für dieses Potenzial ist der zusätzliche Umsatz für die Traktionsbatterie. Betrachtet man die restlichen Komponenten separat, ist hier mit einem Umsatzrückgang von 2.300 € zu rechnen. Tabelle 1 fast die einzelnen Werte der Komponenten zusammen.
Tabelle 1: Materialkosten Hauptkomponenten
*Alle Werte stammen aus der Studie „Einflussanalyse Elektromobilität“ Pirl-Engineering.
2.1.5 Investitionen für die Ladeinfrastruktur
Anhand der Investitionen und der jährlichen Umsätze für die Wartung pro benötigte Ladesäule, werden die Werte je Fahrzeug ermittelt. Wie in der Studie „Einflussanalyse Elektromobilität“ Pirl-Engineering prognostiziert, wird der Wert unter der Annahme berechnet, dass auf jedes BEV 0,035 Ladesäulen installiert werden.
Investition pro Fahrzeug: 840 € (0,035 x 24.000 €)
Jährlicher Umsatz: 53 € (0,035 x 1.500 €)
2.1.6 Rohstoffverschiebungen
Pro Fahrzeug werden ca. 120 kg Stahl und 70 kg Gusseisen weniger und ca. 50 kg Kupfer, 12 kg Lithium und 38 kg Graphit mehr benötigt.
Die Elektrodenmaterialien Kobalt, Nickel und Mangan sind bezüglich ihrer Nachfrage stark von der jeweiligen Batterieausführung abhängig. Eine genaue Kilogrammprognose kann daher in dieser Arbeit nicht angegeben werden.
2.2 Ökologische Auswirkungen
In Deutschland betrug das durchschnittliche Fahrzeugalter in 2017 9,4 Jahre.[2] In der gesamten EU lag es in 2016 bei 11 Jahren,[3] in den USA sogar bei 11,6 Jahren[4]. Für die Kalkulation wurde zur Vereinfachung weltweit von einem durchschnittlichen Fahrzeugalter von 10 Jahren ausgegangen. Die kalkulierten Einsparungen sind daher eher als Mindestwerte zu sehen. In der Realität sind vermutlich noch höhere CO 2 Einsparungen pro Fahrzeug zu erreichen.
Tabelle 2: Ökobilanz ICEV und BEV
*Bei 15.000km Laufleistung.
Berechnung Jahresausstoß CO 2 gesamt:
ICEV: 15.000 x 0,057 x (2,425 + 0,475)
BEV: 15.000 x 0,18 x 0,53
3 Auswirkungen bei verschiedenen Penetrationsraten
3.1 Herleitung der Stückzahlen
Als Ausgangsdaten werden die jährlich produzierten Fahrzeuge und der gesamte Fahrzeugbestand verwendet. Der jeweilige prozentuale Anteil für die Beispielrechnungen wird anhand der aktuellen Zahlen aus 2016 bzw. dem Bestand aus 2015 kalkuliert.
Der Anteil an Neuzulassungen hat hauptsächlich Einfluss auf alle an der Produktion beteiligten Parteien. Die Zahl der insgesamt registrierten Fahrzeuge betrifft darüber hinaus die Versorger im Energie- und Ersatzteilebereich.
2016 wurden weltweit 72 Millionen Personenkraftwagen neu produziert.[5] Die Anzahl der weltweit registrierten PKWs in 2015 betrug ca. 950 Millionen.[6]
Beispielshalber werden in dieser Arbeit für folgende prozentuale Anteile bzw. Stückzahlen an rein elektrischen Fahrzeugen die Auswirkungen prognostiziert:
Anteil an: Jährlicher PKW Produktion Registrierter PKWs gesamt
10% 7,2 Mio. Fahrzeuge 95 Mio. Fahrzeuge
35% 25,2 Mio. Fahrzeuge 333 Mio. Fahrzeuge
65% 46,8 Mio. Fahrzeuge 618 Mio. Fahrzeuge
In der Realität werden sich auch hohe Anteile an Neuzulassungen erst stark zeitverzögert auf den Anteil aller zugelassenen Fahrzeuge auswirken.
In dieser Betrachtung wird unabhängig voneinander die Auswirkungen der Penetration bei den Neuzulassungen einerseits und einer Penetration bei allen zugelassenen Fahrzeugen andererseits betrachtet. Es besteht also hier kein zeitlicher oder mathematischer Bezug zwischen den prozentualen Angaben.
Die zahlenmäßig erfassten Werte pro Fahrzeug aus Kapitel 6.1 werden jetzt mit den prognostizierten Penetrationsraten von rein elektrischen Fahrzeugen multipliziert. Um die quantifizierten Auswirkungen besser einordnen zu können, werden diese jeweils zu geeigneten Bezugsgrößen, wie beispielsweise Gesamtverbräuche oder Gesamtumsätze, ins Verhältnis gesetzt.
3.2 Verschiebungen abhängig von der jährlichen Produktion
In Tabelle 3 werden die Auswirkungen pro Fahrzeug berechnet, die abhängig von der jährlich produzierten Anzahl von Fahrzeugen sind. Die Spalte „Basis Neuzulassungen“ zeigt den fiktiven Wert, wenn 100% der produzierten Fahrzeuge rein elektrisch angetrieben wären.
Tabelle 3: Berechnung Einflüsse der jährlichen PKW Produktion weltweit
* Alle Werte stammen aus der Studie „Einflüsse der Elektromobilität“, Pirl-Engeneering und sind mit den hergeleiteten Stückzahlen aus Kapitel 3.1 kalkuliert.
3.2.1 Auswirkungen auf die Hauptkomponenten
Grundsätzlich lässt sich festhalten, dass durch rein elektrische Antriebe, unabhängig von den Marktanteilen, höhere Umsätze generiert werden können.
Geht man davon aus, dass das Wachstum überwiegend durch die Traktionsbatterie entstehet und sich vor allem auf die aktuellen Marktführer aus Asien verteilt, ist für die traditionellen Zulieferer tendenziell mit Umsatzrückgängen zu rechnen. Die weltweit größten 100 Zulieferer erwirtschafteten in 2016 einen Umsatz von ca. 838 Milliarden Euro.[7] Diese Umsätze würden sich, je nach Anzahl rein elektrisch angetriebener Fahrzeuge reduzieren. Bei einer Marktdurchdringung von 10% würden durchschnittlich geringere Umsätze von ca. 2%, bei einer Durchdringung von 35% ca. 7% und bei 65% von ca. 13% anfallen.
3.2.2 Auswirkungen auf die Rohstoffe
Um die Rohstoffverschiebungen einzuordnen wird die gesamte Produktion der jeweiligen Materialen aus 2016 als Bezugspunkt betrachtet.
An Kupfer wurden weltweit insgesamt 20,1 Millionen Tonnen, Lithium 38.000 Tonnen, Graphit 1,15 Millionen Tonnen[8], Crude Steel 1.627 Millionen Tonnen[9] und Guss insgesamt 104 Millionen Tonnen produziert.[10] Folgende Tabelle zeigt die durch Elektromobilität entstehenden prozentualen Anteile der sinkenden und steigenden Rohstoffbedarfe im Verhältnis zur Gesamtproduktion 2016 an.
Tabelle 4: Prozentuale Mehr- und Minderbedarfe an Rohstoffen
Es ist zu erkennen, dass durch die Rückgänge von Stahl und Guss, bezogen auf den gesamten Markt, mit eher vernachlässigbaren Effekten zu rechnen ist. Der steigende Bedarf an Kupfer führt zu erkennbar höheren Umsätzen. Eine Penetrationsrate von 35% würde beispielsweise zu einer zusätzlichen Fördermenge von ca. 1,26 Kilotonnen führen. Das entspricht in etwa der gesamten Jahresfördermenge von Glencore in 2016. Das Unternehmen produzierte ca. 1,29 Kilotonnen und war damit drittgrößter Kupferproduzenten der Welt.[11]
Sollten sich die Materialzusammensetzungen der Batterie oder die Speichertechnologie per se nicht entscheidend verändern, wird der Bedarf an Grafit und insbesondere an Lithium stark ansteigen. Hier eröffnen sich deutliche Potenziale für neue Erschließungs- oder Produktionsprojekte.
3.3 Verschiebungen abhängig vom Fahrzeugbestand
Tabelle 5 zeigt die Auswirkungen, die abhängig vom weltweiten Fahrzeugbestand sind. Die Spalte „Basis Fahrzeugbestand“ zeigt den fiktiven Wert, wenn 100% aller weltweit registrierten Fahrzeuge rein elektrisch angetrieben wären.
Tabelle 5: Berechnung Einflüsse des gesamten PKW Bestandes weltweit
* Alle Werte stammen aus der Studie „Einflüsse der Elektromobilität“, Pirl-Engeneering und sind mit den hergeleiteten Stückzahlen aus Kapitel 2.1 und 3.1 kalkuliert.
** für ein Jahr mit angenommener Laufleistung von 15.000km
3.3.1 Bewertung Rohölverbrauch
Bezugspunkt für die Berechnung in Tabelle 6 ist der Gesamtrohölverbrauch aus 2017. Der durchschnittliche Tagesverbrauch von Erdöl lag bei 98 Millionen Barrels.[12] Im Jahr wurden also ungefähr 35.770 Millionen Barrels verbraucht.
Tabelle 6: Prozentuale Minderbedarfe an Rohöl
Bei 35% rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen würde das weniger benötigte Öl mehr als der halben jährlichen Fördermenge von den USA in 2017 entsprechen. Mit ca. 5.840 Millionen Barrels waren sie vor Saudi Arabien (4.400 Millionen Barrels) größtes Förderland weltweit.[13]
3.3.2 Bewertung Stromverbrauch
Tabelle 7 zeigt den Zusatzbedarf an Strom für die rein elektrisch angetriebenen Fahrzeuge. Als Basis wurde die weltweite Elektrizitätsherstellung aus 2015 verwendet. Sie lag bei 24.255 TWh.[14]
Tabelle 7: Prozentuale Zusatzbedarfe an Strom
Zwischen 1974 und 2015 lagen die durchschnittlichen, jährlichen Wachstumsraten beispielsweise bei 3,4%. Der Zusatzbedarf an Strom für Elektromobilität ist im Verhältnis dazu überschaubar. Separat betrachtet, stellt er einen wirtschaftlich nicht zu vernachlässigend Betrag dar. Für einen Bestand von 35% BEVs, würden beispielsweise 38 große Atomkraftwerke benötigt um den Strom herzustellen. Palo Verde, das größte Atomkraftwerk in den USA, stellte 2017 eine Gesamtstrommenge von 32,34 TWh her.[15]
3.3.3 Bewertung Entwicklung der CO 2 Emissionen
Weltweit lagen die CO 2 Emissionen in 2016 bei ca. 36.300 MtCO 2 (36.300.000 kt).[16]
Tabelle 8: Prozentuale Einsparung an CO 2 Emissionen
Bei 35 Prozent zugelassener Elektrofahrzeuge könnten mehr Emissionen eingespart werden als 2017 in ganz Indien durch die Verbrennung von Öl, Gas und Kohle ausgestoßen wurden. Die CO 2 Emissionen betrugen ca. 2.344 Millionen Tonnen. Indien war damit in 2017, hinter China und den USA, drittgrößter CO 2 Emittent.[17]
3.4 Verschiebungen qualitativ
Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick bezüglich der nicht zahlenmäßig erfassten Auswirkungen und mögliche qualitative Verschiebungen.
Tabelle 9: Zusammenfassung qualitative Einflüsse weltweit
* Alle Werte stammen aus der Studie „Einflüsse der Elektromobilität“, Pirl-Engeneering und sind mit den hergeleiteten Stückzahlen aus Kapitel 2.1 und 3.1 bewertet.
Für die Herstellung von Elektrofahrzeugen fallen, wie bereits erwähnt, höhere Kosten für die Materialien an. Aufgrund eines deutlich geringerem Teileumfanges werden sich die Fertigungskosten aber reduzieren.
Geht man davon aus, dass durch einen höheren Anteil an Elektrofahrzeugen weniger Stückzahlen an Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor gebaut werden, steigen hier die Belastungen durch beispielsweise geringer ausgelastete Produktionslinien oder durch Preisveränderungen bei Materialien und Komponenten durch geringere Abnahmemengen. Die Rückgänge im Aftersales scheinen aufgrund der veränderten Fahrzeugkomponenten deutlich auszufallen. Bisher scheint es noch keine Möglichkeit zu geben, durch die werthaltigen neuen Komponenten ausreichend Umsätze zu generieren.
4 Resultierende Chancen und Risiken
Die Chancen und Risiken werden aus den identifizierten und bewerteten Auswirkungen abgeleitet. Positive Effekte sind überwiegend überall dort zu erwarten, wo neue Bedarfe entstehen. Negative Effekte werden sich überall dort ergeben, wo die Bedarfe zurückgehen. Folgende Darstellung zeigt eine Übersicht, welche Kernpunkte die zukünftige Entwicklung der Elektromobilität prägen werden.
Abbildung 1: Übersicht Chancen und Risiken der Elektromobilität
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass es für Unternehmen folgende Kernfrage geben wird. Schaffen sie es, an den zusätzlich entstehenden Umsätzen zu partizipieren oder zumindest die Umsatzrückgänge der weniger benötigten Produkte zu kompensieren. Die Gesamtanzahl der benötigten Komponenten für die Fahrzeugherstellung wird abnehmen, es entstehen aber neue Bedarfe und Einsatzgebiete insbesondere im Bereich der Energieversorgung (Speicherung, Ladung, Erzeugung). Die aktuelle Marktsituation deutet darauf hin, dass das Risiko für die bisherigen Zulieferer relativ hoch ist, mit ihrem Produktportfolio keine zusätzlichen Umsätze zu generieren. Für führende Batterieproduzenten stehen die Chancen, je nach benötigten Stückzahlen, sehr gut, ihre Umsätze zu erhöhen und auch ihre Marktmacht auszubauen.
Für Automobilhersteller besteht das Risiko, dass sie bei der Eigenfertigung oder dem Fremdbezug der neuen Komponenten keinen wettbewerbsfähigen Preis für ihr Fahrzeug anbieten können. Es besteht aber auch die Chance, dass sich durch die neuen Komponenten und entsprechend neue Fahrzeugkonzepte, die Gewinnmarge erhöhen lässt. Das ist vor allem in den kommenden Jahren denkbar, wenn sich durch Lern- und Stückzahleffekte die Kosten deutlich senken lassen und der Fahrzeugpreis, gemäß üblichen Marktmechanismen, tendenziell eher ansteigt.
Im Aftersales werden Leistungen, wie beispielsweise Ölwechsel oder Abgasuntersuchungen, zurückgehen. Mit steigender Marktdurchdringung von Elektromobilität bietet sich die Chance, zusätzliche Serviceleistungen rund um den elektrischen Antrieb zu entwickeln.
Der Wandel von der Energieversorgung führt zu neuen Informationsbedarfen und stellt bestehende Geschäftsmodelle vor Herausforderungen. So verliert beispielsweise die traditionelle Kraftstoffversorgung an Bedeutung. Für zukünftige Stromtankstellen kann dieses Konzept nicht übernommen werden.
Zum einen führen die veränderten technischen Unterschiede, beim Ladevorgang und vor allem bei Abrechnung und Messung, zu neuen Verhaltensmustern. Zum anderen wird die Möglichkeit, sein Fahrzeug auch privat laden zu können, ein zu berücksichtigendes Risiko sein. Diese zusätzliche Konkurrenz gab es bisher in dieser Form bei der Kraftstoffversorgung noch nicht.
Die folgende Darstellung gibt einen Überblick, welche Interessengruppen tendenziell negativ oder positiv von Elektromobilität beeinflusst werden.
Wie die Kalkulationen für die verschiedenen Penetrationsraten von rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen gezeigt haben, ist das jeweilige Ausmaß auf beiden Seiten stark vom spezifischen Marktanteil abhängig. Ein hoher Anteil Elektromobilität verstärkt sowohl die positiven als auch die negativen Effekte. So erhöhen sich auch analog die entsprechenden Chancen und Risiken.
Abbildung 2: Übersicht Auswirkungen auf die Interessengruppen
Quellenverzeichnis
Hier geht´s zum ausführlichen Quellenverzeichnis
[1] Damit ist hier ist vor allem die Fähigkeit gemeint, durch intern vorhandenes Kapital, Mitarbeiter, Wissen, die Unternehmensstruktur und die Führung, Veränderungen zu erkennen und darauf flexibel und zielorientiert zu reagieren.
[2] Vgl. Kraftfahrt-Bundesamt (2018), online.
[3] Vgl. European Automobile Manufacturers Association, online.
[4] Vgl. Thomson Reuters (2016), online.
[5] Vgl. International Organization of Motor Vehicle Manufacturers (2016), online.
[6] Vgl. International Organization of Motor Vehicle Manufacturers (2015), online.
[7] Vgl. Berrylls Strategy Advisors (2016), online.
[8] Vgl. U.S. Geological Survey (2018), S. 51 ff.
[9] Vgl. World Steel Association (2017), S. 2.
[10] Vgl. Global Casting Magazine (2018), online.
[11] Vgl. Verlag Moderne Industrie GmbH (2017), online.
[12] Vgl. BP (2018), S. 15.
[13] Vgl. U.S. Department of Energy (2017), online.
[14] Vgl. International Energy Agency (2017), Key world energy statistics, S.30.
[15] Vgl. U.S. Department of Energy (2017)
[16] Vgl. Global Carbon Project (2017), online.
[17] Vgl. BP (2018), S49.