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Bericht zur Produktion und Ökobilanzierung

Der Bericht zur Produktion und Ökobilanzierung ergänzt das Innovationssystem um das Subsystem „Industrie“. Entsprechend bilden die zwei Themenblöcke „Produktion“ und „Ökobilanzen“ die Schwerpunkte dieses Berichts.

Der Themenblock „Produktion“ analysiert zu Beginn die Wertschöpfungskette der Lithium-Ionen-Automotive-Batterien und zeigt, anhand welcher Kooperationsformen die Automobilhersteller ihre Fahrzeugbatterien beziehen. Je nach betrachteter Region dominieren hierbei unterschiedliche Kooperationsformen. Um ein besseres Verständnis für die bestehende Dynamik und Wertschöpfungsverteilung innerhalb der Wertschöpfungskette zu entwickeln, wurde ein Berechnungsmodell entworfen, mit dessen Hilfe die zukünftige Wertschöpfung der einzelnen Batteriekomponenten abgeschätzt werden kann. Die Kathode, der Elektrolyt sowie der Separator können hiermit als die Komponenten mit dem höchsten Wertschöpfungspotenzial identifiziert werden. Darüber hinaus zeigt sich, dass derzeit ein hoher Anteil der Wertschöpfung auf die Batterie- und Zellproduktion entfällt. Bei einer anschließenden Betrachtung der Anforderungen an das eigentliche Produkt Fahrzeugbatterie, hinsichtlich Kosten, Energieinhalt, Leistung, Sicherheit, Lebensdauer und Qualität, kann die Produktionstechnik als einer der größten Stellhebel zur Optimierung dieser Kriterien identifiziert werden. Eine gesonderte Betrachtung der einzelnen Wertschöpfungsschritte vom Mischen des Kathodenmaterials bis hin zur Integration der Batterie in das Fahrzeug enthüllt, wo dieses Optimierungspotential innerhalb des Produktionsprozesses zu finden ist. Mit Hilfe von Expertengesprächen wurden produktionstechnische Herausforderungen in den jeweiligen Wertschöpfungsschritten identifiziert und den Bereichen Qualität, Effizienz, Sicherheit und Markteinführung zugeordnet. Über alle untersuchten Themenfelder hinweg zeigt sich, dass zwar eine Vielzahl an Herausforderungen besteht, deren Ursachen zumeist jedoch in den hohen qualitativen Anforderungen, in Kombination mit der geforderten Prozessstabilität liegen.

Der zweite Themenblock „Ökobilanzierung“ widmet sich den ökologischen Aspekten des Elektrofahrzeugs im Allgemeinen und der Batterietechnologie im Besonderen. Durch eine detaillierte Literaturrecherche wird ein besseres Verständnis der Auswirkungen auf die Umwelt erlangt. Aufbauend auf vier umfassenden Studien mit deutschem Kontext werden zusätzlich vier englischsprachige Studien analysiert. Darüber hinaus werden acht relevante Studien zu Batterietechnologien behandelt, die wiederum die Batterietechnologie im Allgemeinen und deren Materialieneinsatz im Speziellen ausführlich diskutieren. Auswirkungen von Entwicklungsprozessen in der Batterieherstellung werden somit umfassend dargestellt und analysiert. Als Haupteinflussparameter auf das Resultat der Ökobilanz wurde der angenommene Anteil an regenerative Energien im Strom-Mix, die Fahrleistung, der Fahrzyklus und die Art des Ladeverhaltens identifiziert. Derzeit können zwar mit den untersuchten LCAs Vergleichsergebnisse für BEVs, PHEVs und konventionelle Fahrzeuge erzielt werden sowie Schwachstellen der einzelnen Konzepte nach Lebensabschnitt und Verursacher identifiziert werden. Im Rahmen der Batterietechnologie ist jedoch insgesamt die Datenlage noch nicht akzeptabel, und es bedarf weiterer Forschung, um fundierte Produktionsdaten von Kathoden und Anoden und der gesamten Zell- sowie Batterieproduktion zu erhalten. Auch der Recyclingprozess liegt im weiteren Forschungsfokus.

Inhaltsverzeichnis

Kurzfassung

1

 

1 Aufbau des Berichts zur Produktion und Ökobilanzierung

3

 

2 Wertschöpfungskette der Batterieproduktion

5

 

3 Stand der Technik von Produktionssystemen zur Fertigung von Fahrzeugbatterien

39

 

4 Vorgehen und Methodik zur Identifikation der produktionstechnischen Herausforderungen

57

 

5 Produktionstechnische Herausforderungen bei der Zellherstellung

59

 

6 Produktionstechnische Herausforderungen bei der Batteriesystemherstellung

65

 

7 Produktionstechnische Herausforderungen bei der Integration in das Fahrzeug

71

 

8 Ökologische Aspekte

77

 

9 Literaturverzeichnis

105

 

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