eJournals PROJEKTMANAGEMENT AKTUELL 32/5

PROJEKTMANAGEMENT AKTUELL
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2941-0878
2941-0886
UVK Verlag Tübingen
10.24053/PM-2021-0087
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2021
325 Gesellschaft für Projektmanagement

Vernetzt bekommt die Hochvoltbatterie ein „zweites Leben“

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2021
Oliver Steeger
Elektromobilität kommt deutschlandweit in Fahrt. 13,5 Prozent aller neu zugelassenen Fahrzeuge haben einen elektrischen Antrieb, wie das Kraftfahrtbundesamt für 2020 meldet. Insgesamt wurden im vergangenen Jahr 395.000 Neuwagen mit elektrischem Antrieb neu zugelassen. Schon bald werden Millionen Hochvoltbatterien, die in E-Autos verbaut sind, „grünen” Strom speichern. Dies führt zu Partnerschaften von Automobilindustrie und Energiewirtschaft. Ein Beispiel ist Audi. Der Konzern arbeitet mit der Energiewirtschaft beispielsweise an Projekten, gebrauchte Hochvoltbatterien aus E-Autos wiederzuverwenden. Nach ihrem „ersten Leben” im Auto werden sogenannte Second-Life-Batterien zu hunderten in stationären Großspeichern eingesetzt, wo Energie aus Windkraftwerken oder Solaranlagen zwischengespeichert wird. Erste Pilotprojekte etwa mit EnBW sind erfolgreich, wie Alexander Kupfer, zuständig für Kreislaufwirtschaft von Batterien bei Audi, im Interview erklärt.
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18 PROJEKTMANAGEMENT AKTUELL · 32. Jahrgang · 05/ 2021 DOI 10.24053/ PM-2021-0087 Pilotprojekte bei Audi: Gebrauchte Batterien aus E-Autos für Stromspeicher Vernetzt bekommt die Hochvoltbatterie ein „zweites Leben” Oliver Steeger Elektromobilität kommt deutschlandweit in Fahrt. 13,5 Prozent aller neu zugelassenen Fahrzeuge haben einen elektrischen Antrieb, wie das Kraftfahrtbundesamt für 2020 meldet. Insgesamt wurden im vergangenen Jahr 395.000 Neuwagen mit elektrischem Antrieb neu zugelassen. Schon bald werden Millionen Hochvoltbatterien, die in E-Autos verbaut sind, „grünen” Strom speichern. Dies führt zu Partnerschaften von Automobilindustrie und Energiewirtschaft. Ein Beispiel ist Audi. Der Konzern arbeitet mit der Energiewirtschaft beispielsweise an Projekten, gebrauchte Hochvoltbatterien aus E-Autos wiederzuverwenden. Nach ihrem „ersten Leben” im Auto werden sogenannte Second-Life-Batterien zu hunderten in stationären Großspeichern eingesetzt, wo Energie aus Windkraftwerken oder Solaranlagen zwischengespeichert wird. Erste Pilotprojekte etwa mit EnBW sind erfolgreich, wie Alexander Kupfer, zuständig für Kreislaufwirtschaft von Batterien bei Audi, im Interview erklärt. Fachleute vermuten, dass in naher Zukunft Millionen von Hochvolbatterien in Auto eingebaut werden. Manche Experten meinen: Zählt man die Elektroautos zusammen, werden sie mit Abstand die größte Stromspeicherkapazität haben. Zusammengenommen sind sie gewissermaßen der weltgrößte Stromspeicher. Sind solche Vermutungen aus Ihrer Sicht zutreffend? Alexander Kupfer: Man geht davon aus, dass in Zukunft mehr als 80 Prozent der weltweiten Batterieproduktion für Mobilität genutzt wird. Etwa 15 Prozent könnten in stationären Speichern für regenerative Energien genutzt werden. Ein sehr kleiner Prozentsatz wird für Consumer Products verwendet, etwa Smartphones oder Laptops. Insofern- - ich denke, solche Überlegungen sind richtig. In diesen Zusammenhang gehört eine weitere Zahl. Autos stehen zu rund 90 Prozent der Zeit. Dies wird vor allen Dingen von Kritikern geäußert. Meistens parken private PKWs. Effizient ist dies nicht. Bei autonom fahrenden Fahrzeugen wird dies in Zukunft vielleicht anders aussehen. Sie werden effizienter genutzt. Doch auch für diese Fahrzeuge wird prognostiziert: Sie werden zu sechzig Prozent der Zeit stehen. Diesen Umstand können wir bei Elektroautos gut nutzen. Inwiefern gut nutzen? Ein Elektroauto ist aus meiner Sicht der flexibelste Stromabnehmer, den sich die Energiewirtschaft wünschen kann. Weil man sich für das Laden Zeit lassen kann? Das Auto, das viele Stunden am Tag steht, kann sehr flexibel geladen werden. Etwa in dem Moment, wenn besonders viel regenerative Energien produziert werden. Schon jetzt steht das Netz vor Herausforderungen, wenn zu viel Windenergie oder Sonnenenergie produziert wird. Dann muss man Anlagen abschalten und die Erzeugung herunterregeln. Elektroautos können, wenn man die Ladung intelligent und vernetzt steuert, diese Erzeugungsspitzen bei der erneuerbaren Energie glätten und aufnehmen. Also genau dann laden, wenn der Wind kräftig weht oder die Sonne scheint? Ja. Und solche flexiblen Abnehmer werden von der Energiewirtschaft gesucht. Sie nehmen die Spitzenerzeugung auf. Reportage | Vernetzt bekommt die Hochvoltbatterie ein „zweites Leben” 19 PROJEKTMANAGEMENT AKTUELL · 32. Jahrgang · 05/ 2021 DOI 10.24053/ PM-2021-0087 Es gibt kaum einen anderen Abnehmer, der sich so schnell der Erzeugung anpassen kann. Wir haben alles, was wir brauchen, um dieses intelligente Laden zu ermöglichen: Dank Wetterprognosen wissen wir ziemlich gut, wann und wo in welcher Region wie viel Energie im Stromnetz zur Verfügung steht. Und wir wissen auch, wann und wo welches Fahrzeug steht. In diesem vernetzten System können wir sehr genau die Ladelast für das Stromnetz steuern. Unser Ziel bei Audi ist, die CO2-neutrale Mobilität zu ermöglichen, erneuerbare Energien in die Autos zu bekommen und diese optimal zu nutzen. Dahinter dürfte auch ein Eigeninteresse der Automobilwirtschaft stehen. So, wie Autos die größte Gesamt-Speicherkapazität bieten, so werden sie auch ein erheblicher Stromabnehmer werden. Wenn in 2020 395.000 vollelektrische Neuwagen zugelassen wurden und in Zukunft Millionen folgen werden- - dann dürfte dies einen Einfluss auf das deutsche Stromnetz haben. Angenommen, hunderttausende Pendler kehren abends gegen sechs Uhr heim und schließen ihr Auto zum Laden an das Stromnetz an: Dies dürfte das Stromnetz das eine oder andere Mal an die Belastungsgrenzen führen-… Werden in einer Region mit einem Mal 100.000 Autos zugeschaltet oder abgeschaltet, kann dies Folgen für das Netz haben. Unsere vollelektrischen Modelle haben üblicherweise eine AC-Ladeleistung von 11 bis 22 Kilowatt. Da kommen enorme Bedarfsspitzen zusammen. Man braucht also das gesteuerte Laden tagsüber, wenn die regenerative Energie verfügbar ist. Die Ladevorgänge selbst muss man vernetzt steuern. Das erste Sechstel der Autos lädt beispielsweise von zehn bis elf Uhr, das nächste Sechstel von elf Uhr bis zwölf Uhr- - und so fort. Daraus ergeben sich auch Fragen: Darf man Autos überhaupt vernetzt beim Laden steuern? Wer darf dies? Solche Fragen müssen wir gemeinsam beantworten. Darüber hinaus sollte es stationäre Speicher geben, die im Zugriff der Energiewirtschaft stehen und im Netz schnell reagieren können. Sie sprechen von stationären Stromspeichern. Gemeinsam mit der Energiewirtschaft arbeiten Sie an solchen Stromspeichern- - große Anlagen, in denen ausgerechnet gebrauchte Autobatterien eingesetzt werden. Wir haben zu solchen Themen bereits Pilotprojekte umgesetzt und mit der Energiewirtschaft erste Lösungen entwickelt. Wir werden gegen Ende der Dekade größere Stückzahlen an gebrauchten Hochvoltbatterien haben, die sich in der Elektromobilität nicht mehr einsetzen lassen. Diese Batterien haben aber noch genug Speicherkapazität für den stationären Einsatz. Wir können sie verwenden in Anlagen, in denen dutzende oder hunderte solcher Batteriemodule zusammengeschaltet werden. Die gebrauchten Batterien haben also eine Art „zweites Leben”. Solche Technologien könnten in der zweiten Hälfte dieses Jahrzehnts flächendeckend umgesetzt sein. Augenblick! Sie verwenden Batterien aus gebrauchten E-Autos neu? Wenn das Elektroauto das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat, werden Batterien zum Teil noch genug Kapazität haben, um regenerative Energie in Speicheranlagen aufzunehmen. Für einen erneuten Einsatz in einem Fahrzeug würde diese Kapazität wahrscheinlich nicht mehr reichen. Man muss dazu wissen, dass Lithium-Ionen-Akkus beim Gebrauch altern. Mit jedem Ladezyklus verlieren sie etwas Leistungskraft, rein technisch bedingt. Dies sieht man gut an Smartphone-Akkus: Mit zunehmendem Alter des Handys muss man häufiger nachladen. Nach ein paar Jahren reicht die Batteriekapazität nicht mehr für einen Tag. Wie sieht dies bei Batterien in Elektrofahrzeugen aus? Wir verbauen Batteriezellen, die darauf ausgerichtet sind, die normale Lebensdauer unserer Fahrzeuge zu halten. Wir geben unseren Kunden eine Batteriegarantie für acht Jahre oder eine Laufleistung von 160.000 km. Dann sollte sie noch immer 70 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität haben. Die Erfahrung zeigt, dass ein Teil der Fahrzeuge weit weniger genutzt wird. Für diese Batterien könnte sich der Einsatz in Stromspeichern aus wirtschaftlichen und nachhaltigen Gesichtspunkten lohnen. Wie darf ich mir diese Stromspeicher genau vorstellen? Diese können in Gebäuden sein oder auch nur ein kleinerer Container-- je nachdem, wie man die Speicher einsetzen will. Die Batterien werden entweder als bestehende Gesamteinheit aus dem Auto genutzt und in Regalen miteinander verkabelt. Möglich ist aber auch eine Verschaltung von mehreren hundert Modulen in einem entsprechenden Stack. Technisch gesehen ist ein Speicher recht simpel aufgebaut. Man braucht ein Speichermedium, also die Second Life Batterien. Zusätzlich sind eine Steuerung sowie Leistungselektronik erforderlich, die aus der Gleichspannung der Batterie Wechselspannung für das Netz herstellt. Hinzu kommen Regale, in denen die Batterien lagern sowie die nötige Kühlung und Brandschutzeinrichtungen. Das ist alles. Foto: © Audi AG Reportage | Vernetzt bekommt die Hochvoltbatterie ein „zweites Leben” 20 PROJEKTMANAGEMENT AKTUELL · 32. Jahrgang · 05/ 2021 DOI 10.24053/ PM-2021-0087 Sie sprachen von Containern. Weshalb Container? Container bilden mobile Lösungen. Man kann solche Container direkt an den Anlagen aufstellen, wo erneuerbare Energie produziert wird. Auch andere Einsätze sind möglich-- immer dort, wo man Leistungsspitzen puffern muss. Wir setzen bei Audi beispielsweise mobile Container ein, um unsere Elektroautos auch dort zu laden, wo es noch unzureichende Infrastruktur gibt. Wir nutzen sie, wenn uns vor Ort nur geringer Input an Strom zur Verfügung steht und wir trotzdem unsere Fahrzeuge mit hoher Leistung laden wollen. Vorhin sagten Sie, dass ein großer Bedarf an gespeicherter Energie entsteht-- und damit in Zukunft auch an Speichern. Das stimmt. Wir haben mit unseren Partnern aus der Energiewirtschaft in Pilotprojekten solche Speicheranlagen aufgebaut. Die Frage ist jetzt, wie man diese Anlagen skalieren kann. Wo liegen bei dieser Skalierung die Herausforderungen? Bei der Zahl der benötigten Batterien? Die Zahl der Batterien sollten langfristig gesehen kein Problem sein. Aus der Elektromobilität werden Millionen von Batterien kommen, die für Speicherlösungen geeignet sein könnten. Die Umwidmung von First Life auf Second Life sollte für alle Beteiligten wirtschaftlich interessant sein. Dabei ist die Preisentwicklung von neuen Batterien zu berücksichtigen. Nur ein standardisiertes Verfahren, am besten als Plug&Play wird langfristig eine Chance haben. Dieser Punkt beschäftigt uns im Augenblick. Nach unseren Pilotprojekten richten wir unseren Blick auf die Skalierung. Es geht um Design-to-cost. Also um die Frage, wie man Second-Life-Speicher kostengünstig bauen kann. Wie gut stehen die Chancen, die Speicher in der erforderlichen Zahl zu bauen? Wir sind da optimistisch. Das Design eines stationären Speichers ist technisch gesehen recht einfach. Wir brauchen neben Regalen, in die die Batterien hineingeschoben werden, die erforderliche Kühlung, die Steuerungstechnik und die Wechselrichter. Diese Komponenten werden aus hochindustrialisierten Standardbauteilen bestehen. Abgesehen von der künftig hohen Verfügbarkeit der gebrauchten Batterien-- wo liegen Vorteile, diese für Stromspeicher zu verwenden? Zu den Vorteilen zählt das hohe Sicherheitsniveau der Hochvoltbatterien aus einem Automotive-Einsatz. Zudem ist die nötige Steuerungselektronik in die Batterie integriert. Sie wird quasi mitgeliefert. Man kann die Batterien so, wie sie sind, in die Regale schieben. Aber es gibt auch Herausforderungen bei dieser Lösung. Dies muss man fairerweise sagen. Welche Herausforderungen zum Beispiel? Unsere Second Life Batterien verfügen nicht immer über das von der Energiewirtschaft gewünschte Spannungsniveau. Die Batterien von Audi e-tron und Q4 e-tron arbeiten mit einer Spannung um die 400 Volt. Die Energiewirtschaft braucht 800 Volt oder mehr, das kann derzeit nur der e-tron GT leisten Deshalb entwickeln wir in unseren Projekten Lösungen dafür. Darüber hinaus hat man Herausforderungen bei der Zertifizierung. Inwiefern Herausforderung bei der Zertifizierung? Unsere Batterien sind für die Verwendung in Elektroautos zugelassen. Wir sind dabei bestimmten für die Automobilindustrie gültigen Normen gefolgt. Diese Normen unterscheiden sich von denen, die in der Energiewirtschaft gültig sind. Die Anforderungen sind auf den ersten Blick ähnlich. Im Detail gibt es Unterschiede. Etwa die Messverfahren können sich unterscheiden. Was bedeutet es für die Praxis, dass wichtige Normen ähnlich, aber nicht gleich sind? Normen und Verfahren, die der eine anerkennt, akzeptiert der andere vielleicht so nicht. Wir mussten bei unseren Projekten Wege finden, wie man das, was für die Automobilindustrie produziert wurde, im großen Umfang auch umfassend für den stationären Einsatz zertifiziert verwenden kann. Hinsichtlich der Zertifizierung haben wir wirklich Neuland betreten. Für Ihre Pilotprojekte arbeiten Sie eng mit der Energiewirtschaft zusammen. In Ihren Projekten kommen zwei verschiedene Branchen zusammen, die über Jahre kaum etwas miteinander zu tun hatten. Erst durch die Elektromobilität wurde die Energiewirtschaft für Sie interessant- - und andersherum genauso. Jede Branche hat bekanntlich ihre eigene Welt, und sie kennt häufig nicht die Welt der anderen. Wie sind Sie damit umgegangen, dass in Projekten quasi zwei verschiedene Welten zusammentrafen? In unseren Projekten haben wir zunächst das Verständnis für die gegenseitige Arbeitsweise, die Rahmenbedingungen und Bedürfnisse hergestellt. Was braucht die eine Seite-- und was die andere? Dazu haben wir in den zurückliegenden Projekten viel gelernt. Wichtig sind außerdem der Glaube und die Vision, dass man überhaupt solch eine gemeinsame Basis und Sprache finden kann. Dass es zu einer Verständigung kommen kann. Alle Partner müssen positiv dazu eingestellt sein. Und ein weiterer Punkt: Sie brauchen Menschen im Team, die auch einen gewissen Mut zur Lücke haben. Mut zur Lücke-- wie darf ich dies genau verstehen? Will man zu Beginn des Projekts wirklich jedes Detail klären-- dann kann es mit dem Vorhaben schwierig werden. Bei solchen Projekten, wenn neue Partner mit neuen Technologien zusammenkommen, braucht man Menschen mit Erfahrung. Sie sollten fähig sein, Risiken realistisch einzuschätzen-- statt sich buchstabengetreu an Bestimmungen zu klammern. Die Mitstreiter dürften sich nicht in alle Richtungen zu hundert Prozent absichern wollen-…? Nein. Dazu braucht man auch ein klares Signal der Unternehmen. Sie müssen hinter den Teams stehen und sie dabei unterstützen, sich auf Lösungen zu fokussieren statt auf Bedenken. Haben Sie ein Beispiel dafür? Die Batterien von Elektrofahrzeugen unterliegen vielen Bestimmungen und Anforderungen, die man bei der Entwick- Reportage | Vernetzt bekommt die Hochvoltbatterie ein „zweites Leben” 21 PROJEKTMANAGEMENT AKTUELL · 32. Jahrgang · 05/ 2021 DOI 10.24053/ PM-2021-0087 lung berücksichtigt. Auf der einen Seite stehen beispielsweise die hohen Sicherheitsanforderungen an die Batterie. Auf der anderen Seite finden Sie ganz praktische Anforderungen: die Batterie soll in kurzer Zeit mit hoher Leistung zu laden sein. Sie soll auch sportliches Beschleunigen der Fahrzeuge ermöglichen. Sie muss widerstandsfähig gegen Hitze und Kälte sein sowie eine gute Reichweite des Fahrzeugs erlauben. Daraus ergibt sich ein umfangreicher Katalog an Anforderungen, die von den Entwicklern die Batterien erfüllt werden müssen. Da besteht Druck auf das Entwicklungsteam. Verstehe! Wenn man Entwickler dann noch auf Second Life Strategien anspricht, schultert man ihnen noch mehr auf-… Unsere Second Life Strategien sind für die Entwickler zunächst nachrangig. Wir mussten also Wege finden, mit den Entwicklungsteams in Dialog zu kommen, um Anforderungen für die Wiederverwertung zu erörtern. Das war nicht immer leicht. Entwickler sind verständlicherweise zunächst besorgt, dass wir ihnen mit Anforderungen das Leben schwer machen. Unsere Projekte haben zunächst Skepsis ausgelöst, auch unter unseren Spezialisten für die Batterieentwicklung. Nicht jeder wollte an unserem Projekt von Anfang an mitwirken und an dem Vorhaben teilhaben. Einige haben zu Beginn offen zu erkennen gegeben, dass sie die Batterien für dieses Second Life nicht freigeben wollen. Dieser Fall sei im Anforderungskatalog nicht beschrieben worden. Entwickler können unter Umständen haftbar gemacht werden. Wie haben Sie dieses Problem gelöst? Letztlich mit Vertrauen und Transparenz. Wir haben unseren Entwicklern gezeigt, dass wir bei unseren Projekten mit Profis der Energiewirtschaft zusammenarbeiten, bei denen ebenfalls die Sicherheit an erster Stelle steht. Wir haben erklärt, wie wir mit etwaigen Risiken umgehen, wie wir sie bewerten und Wege finden, sie zu minimieren. Gestatten Sie mir eine Abschlussfrage: Irgendwann ist die beste Batterie verbraucht. Was geschieht mit Second Life- Batterien, wenn sie nicht mehr brauchbar sind? Gibt es ein „Third Life”? Vielleicht kein „third life”, aber ein neues „first life”. Unser Ziel ist das umfassende Recycling. Technisch halte ich es für realistisch, dass man mehr als 90 Prozent der Rohstoffe wiedergewinnen kann. Inwieweit dies gesellschaftlich gefördert und unterstützt wird, steht auf einem anderen Blatt. Technisch möglich ist es aber. In Salzgitter gibt es dafür bereits Pilotanlagen vom Volkswagen-Konzern. Wenn bald größere Mengen an Batterien zurückkommen, müssen wir technisch gut gerüstet sein. Ich stelle es mir generell schwierig vor, Batterien zu recyceln. Man kennt die vielen verschiedenen Gefäße im Supermarkt, in die man die verschiedenen Batterien sortieren muss, teilweise winzige Knopfzellen. Dies ist bei der Elektromobilität anders. Die Batterien sind groß und vor allem recht uniform. Deshalb kann man industrialisierte Technologien für effektives Recyceln entwickeln. Eine Batteriezelle ist, sehr grob gesagt, vergleichbar mit einer Papierrolle aus verschiedenen Schichten. Bei der Herstellung werden beschichtete Aluminiumfolien Kunststofffolien und beschichtete Kupferfolien aufgewickelt. Will man die Stoffe wiederverwerten, so kann man zum Beispiel diese Elemente wieder abrollen und die Beschichtungen von den Folien herunterwaschen. Danach hat man bereits eine gute Vorsortierung. Aus dem Bergbau kennen wir effektive Technologien, wie man Materialien in hoher Güte zurückgewinnen kann. Elektroautos beginnen sich gerade jetzt erst in Deutschland zu verbreiten. Die batteriebetriebenen Fahrzeuge, die derzeit unterwegs sind, werden noch viele Jahre halten. Vorhin sagten Sie, dass die durchschnittliche Lebensdauer eines Autos bei zwölf Jahren und mehr liegt. Es kann vermutlich noch eine Dekade dauern, bis eine nennenswerte Zahl von Second-Life-Batterien in stationären Stromspeichern eingesetzt werden kann. Ihrer Einschätzung nach-- ab wann können wir diese Technologie breit anwenden? Wir werden nicht zehn Jahre oder mehr warten müssen. Schon heute stehen gebrauchte Batterien bereit, beispielsweise aus Testfahrzeugen oder aus der Automobilproduktion. Ich vermute, dass wir bereits vor 2030 deutliche Fortschritte sehen werden. Eingangsabbildung: © Audi AG Alexander Kupfer Alexander Kupfer ist Projektleiter in der Nachhaltigen Produktentwicklung bei Audi. Er studierte Physik und arbeitete in verschiedenen Stationen teilweise im eigenen Unternehmen in Deutschland und Asien an innovativen Produkten. Sein Schwerpunktthema heute ist eine möglichst umfassende Ausnutzung der enormen Batterieressourcen aus der E-Mobilität als Teil der Kreislaufwirtschaft Batterie. Dazu zählen die Verwendung in 2nd Life aber vor allem in Zukunft die optimale Integration der Batterien in den Fahrzeugen in ein erneuerbares Energiesystem. In Rahmen dieser Aufgabe setzte er die ersten Piloten zu Speichern auf Basis von 2nd Life HV Batterien um. Aktuell entwickelt er mit Partnern an Standardprodukten auf Basis der HV Batterien.