Digitale Fertigung Innovationen & Trends

Wie nachhaltig ist die Fertigung von Elektrofahrzeugen?

sustainable ev manufacturing

Besitzer von Elektrofahrzeugen sind Teil eines gemeinsamen Bestrebens, die Welt der Klimaneutralität näher zu bringen. Doch ist es den Herstellern möglich, die exponentiell steigende Nachfrage zu bedienen und gleichzeitig die nachhaltige Herstellungsweise von Akkus für Elektrofahrzeuge weiterhin zu verbessern?

Im April 2020 veröffentlichte das Berkley Law Center for Law, Energy & Environment eine Studie mit dem Titel, “Building a Sustainable Electric Vehicle Battery Supply Chain” Schaffung einer nachhaltigen Lieferkette von Akkus für Elektrofahrzeuge). In dieser Studie wird auf die stark gestiegene Nachfrage nach nachhaltigen Transportlösungen hingewiesen und festgestellt, dass die Hersteller in erster Linie Elektrofahrzeuge als Antwort darauf sehen. Damit wollen die Regulierungsbehörden die Nachhaltigkeit und Transparenz der Lieferketten von Akkus für Elektrofahrzeuge verbessern und sicherstellen.

In diesem Blog werfen wir einen Blick auf typische Lieferketten von Akkus für Elektrofahrzeuge, auf die Hersteller und Innovationen, die zu einer Umwälzung des Marktes führen könnten und auf die Art und Weise, wie die Digitalisierung von Lieferketten dazu beitragen kann, eine nachhaltige Herstellung von Akkus für Elektrofahrzeuge zu gewährleisten.

Wie nachhaltig sind Lieferketten von Akkus für Elektrofahrzeuge?

Es wurde viel geforscht und es wurden viele Vergleiche zwischen den CO2-Bilanzen von Elektrofahrzeugen und Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor gezogen. Die Mehrheit ist sich einig, dass die Gesamtemissionen über den Lebenszyklus – sowohl Herstellung als auch Betrieb – von Elektrofahrzeugen im Durchschnitt etwa 50 % unter denen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor liegen.

typical ev battery supply chain

https://www.law.berkeley.edu/wp-content/uploads/2020/04/Building-A-Sustainable-Electric-Vehicle-Battery-Supply-Chain.pdf

Allerdings ist die Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus für einen großen Anteil dieser Emissionen verantwortlich. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass die CO2-Emissionen bei der Herstellung von Elektrofahrzeugen die bei der Herstellung von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren entstehenden Emissionen übersteigen könnene. Diese Schäden vervielfachen sich, wenn sich die Raffinerien und die Hersteller der Lieferkette in Regionen befinden, in denen Kohlestrom die Norm ist oder wenn Bauteile über lange Strecken transportiert werden, bevor sie die OEMs erreichen.

Eine der vorgeschlagenen Methoden zur Bewältigung dieses Problems ist die Leichtbauweise, die seit Jahrzehnten ein entscheidender Faktor bei der Konstruktion und Herstellung von Fahrwerken für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren ist. Viele der für die Automobilherstellung notwendigen Rohstoffe sind schwer. Dies ist gleichbedeutend mit höheren Kohlenstoffemissionen bei der Gewinnung, der Veredelung und dem Transport während der Herstellungsprozesse. Im Jahr 2013 gelang Volvo mit der Entwicklung von Leichtbaukomponenten zur Speicherung von Energie ein Durchbruch. Mithilfe von Nanofasern und Polymerharz gelang es Volvo, die Akkus um den Fahrzeugrahmen herum formschlüssig anzubringen.

Diese innovative Diversifizierung ist inzwischen zum Trend bei Automobilherstellern geworden. Da zwischen 40 und 50 % des Wertes eines Elektrofahrzeugs in dem Akku selbst stecken, sind die OEMs nicht gewillt, diesen Wert aufzugeben. Dies führt dazu, dass die Hersteller ihre Fertigungsprozesse lokalisieren. Das Problem der Rohstoffe bleibt jedoch weiterhin bestehen.

Das folgende Schaubild veranschaulicht die Rohstoffbeschaffung von Tesla gemäß der Darstellung von Harvard-Forschern im Jahr 2019.

world map of ev battery trade

https://sitn.hms.harvard.edu/flash/2019/how-electric-cars-can-become-truly-green-once-and-for-all/

Welche Rohstoffe werden für Lithium-Ionen-Akkus benötigt?

Da rund 60 % der Kobaltversorgung und 80 % der Reserven aus dem Kleinbe in der Demokratischen Republik Kongo stammen, wird von den Automobilherstellern Transparenz hinsichtlich der Methoden und Mittel gefordert, mit denen sie ihre Rohstoffe beziehen.

Glücklicherweise arbeitet Panasonic an der Entwicklung kobaltfreier Lithium-Ionen-Zellen. Auf der Consumer Electronics Show 2021 stellte Panasonic seine neuesten Zellen vor, die schon jetzt weniger als 5 % Kobalt enthalten. Kobaltfreie Akkus werden es den Herstellern von Elektrofahrzeugen ermöglichen, die Kosten für ihre Fahrzeuge um bis zu 30 % zu senken. Ebenso arbeitet General Motors in Kooperation mit LG daran, den Kobaltanteil in ihren Akkus für Elektrofahrzeuge zu senken, indem sie das Element durch Aluminium ersetzen.

Obwohl es reichlich Lithium gibt, das abgebaut werden kann, reichen die aktuellen Preise nicht aus, um die für den Abbau notwendigen Investitionen zu tätigen. Und auch wenn es Nickelvorkommen in Nordamerika, Finnland und Russland gibt, wird der weltweit größte Anteil an Nickel in China und im Fernen Osten raffiniert – weshalb es für westliche Unternehmen günstiger ist, raffiniertes Nickel aus Übersee zu beziehen.

Angesichts dieser Umwälzungen in den Lieferketten der Automobilindustrie werden die Hersteller, die mit agilen Methoden arbeiten, unweigerlich die ersten sein, die erfolgreich sind.

Recycling von Lithium-Ionen-Akkus

Viele der Fortschritte im Bereich des Recyclings von Lithium-Ionen-Akku-Komponenten lassen darauf hoffen, dass das Potenzial für eine wahrhaftige Kreislaufwirtschaft für Elektrofahrzeuge gegeben ist. In den kommenden Jahren könnte es zu einer stufenweisen Wiederverwendung von Lithium-Ionen-Akkus kommen bei der ausgediente Akkus für Elektrofahrzeuge als Teil eines „intelligenten Stromnetzes“ als Ladestation in Form von stationären Energiespeichersystemen genutzt werden könnten.

Derzeit gibt es nur geringe Mengen an Akkus für Elektrofahrzeuge, die wiederverwendet oder recycelt werden müssen. Allerdings kann die jüngste, rasante Expansion des Marktes für Elektrofahrzeuge schon bald zu Problemen für die Recyclingbranche führen. An dieser Stelle könnte man sich eine Scheibe der Recyclingindustrie für Blei-Säure-Akkus abschneiden. Das Design von Blei-Säure-Akkus ist weitgehend standardisiert und für die Demontage optimiert, jedoch war dies angesichts der rasanten Innovationen der Technologie von Lithium-Ionen-Akkus, bisher ein sekundäres Problem.

Nach unserer Erfahrung…

Die neue Realität, der sich die OEMs der Automobilindustrie gegenübersehen, lautet daher: Die Bedenken der Verbraucher, die die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen auf den heutigen Spitzenwert getrieben haben, sind die gleichen Bedenken, die nach Transparenz in der gesamten Lieferkette verlangen.

Die Verbraucher machen die Hersteller für ihre Entscheidungen, die angewandten Herstellungsverfahren und die für die Bereitstellung der Produkte und Dienste verwendeten Rohstoffe verantwortlich. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Planung und Kommunikation innerhalb der gesamten Lieferketten eng aufeinander abgestimmt und auf dem neuesten Stand sind. Das ist der große Vorteil von digitalen Fertigungslösungen, wie z.B. DELMIA, die dabei helfen, Menschen, Prozesse und Daten aus Ihrem gesamten Unternehmen und der gesamten Lieferkette zusammenzubringen.

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