Das zunehmende Gewicht von Elektrofahrzeugen führt zu Umweltverschmutzung und Sicherheitsproblemen

May 01, 2024

Was Autohersteller über Elektrofahrzeuge lernen, wissen Veteranen von Weight Watchers bereits: Es ist schwer, die Pfunde loszuwerden, wenn man sie einmal verloren hat.

Elektrofahrzeuge weisen atemberaubende Leergewichte auf und machen die Fortschritte der Automobilhersteller beim Leichtbau im letzten Jahrzehnt zunichte. Schuld daran sind die schweren Batterien, die für eine Reichweite von Hunderten von Kilometern erforderlich sind. Der Akku im GMC Hummer EV Pickup und SUV wiegt 2.818 Pfund – nur 52 Pfund weniger als das gesamte Leergewicht des Chevrolet Cruze, der Kompaktlimousine, deren Produktion 2019 eingestellt wurde.

Es gibt kein besseres Beispiel für den Fahrzeug-Diät-Jojo als den ehemaligen König des Leichtbaus, den Ford F-150 mit Aluminiumkarosserie.

Mehrere Schätzungen gehen davon aus, dass das durchschnittliche Leergewicht von Elektrofahrzeugen 20 bis 30 % höher ist als das von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Der größte Teil des zusätzlichen Gewichts ist auf große, schwere Akkus zurückzuführen. Die 246 Kilowattstunde, 2.818 Pfund. Der Akku im GMC Hummer EV Pickup und SUV wiegt beispielsweise fast 600 Pfund. mehr als ein Mazda MX-5 Miata. Leergewichte einiger Elektrofahrzeuge des Jahres 2023 in Pfund:Audi Q4 E-tron:4.674BMW i4:4.680Chevrolet Silverado:8.532Erweiterte Reichweite des Ford F-150 Lightning:6.893Nissan Leaf:3.572Tesla Model S:4.561Aufladen des Volvo XC40:4.679Quelle: Autohersteller

Der 2012er F-150 SuperCrew 4x4 Pickup mit Stahlkarosserie hatte ein Leergewicht von 5.586 Pfund. Im Jahr 2015 wurde es durch eine Aluminiumversion ersetzt, die etwa 300 Kilogramm einsparte. Doch der heutige elektrische F-150 Lightning SuperCrew wiegt je nach Batteriepaket zwischen 6.015 und 6.893 Pfund – bis zu 1.307 Pfund mehr als der Pickup mit Stahlkarosserie.

Und das ist im Vergleich zu anderen sogenannten Light Trucks schlank.

Der Hummer-Pickup und das SUV führen die EV-Liga mit einem Leergewicht von über 9.000 Pfund an – fast 2.000 Pfund mehr als der gigantische originale Hummer H1 mit Dieselantrieb. Auch die elektrischen Modelle Chevrolet Silverado, GMC Sierra und Cadillac Escalade IQ von General Motors, die das gleiche Basismodell wie der Hummer haben, sind mit rund 8.500 Pfund ebenfalls Superschwergewichte.

Die enorme Leistung und das Drehmoment von Elektromotoren sorgen dafür, dass sich Elektrofahrzeuge leichter anfühlen, als sie sind. Aber diese zusätzlichen Pfunde schränken die Reichweite ein und führen zu Sicherheitsbedenken.

Eine Studie des National Bureau of Economic Research ergab, dass 1.000 Pfund mehr das Risiko tödlicher Unfälle um 47 Prozent erhöhen. Andere Studien haben herausgefunden, dass schwere Elektrofahrzeuge die Umweltverschmutzung erhöhen, indem sie dazu führen, dass Reifen winzige Gummipartikel abgeben.

Experten gehen davon aus, dass es weitaus schwieriger sein wird, das Gewicht von Elektrofahrzeugen zu reduzieren als der Diätwahn bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Die meisten Elektrofahrzeuge verfügen bereits über Karosseriekomponenten aus Aluminium und anderen Leichtbaumaterialien, was die Möglichkeiten zur Gewichtsreduzierung einschränkt.

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„Es ist ein Teufelskreis“, sagte Sam Abuelsamid, E-Mobilitätsanalyst bei Guidehouse Insights. „Wenn Sie ein 9.000-Pfund-Fahrzeug im Vergleich zu einem 6.000-Pfund-Fahrzeug haben, benötigen Sie größere Bremsscheiben und Bremssättel. Außerdem müssen Sie schwerere Räder und Reifen haben, wenn das Gewicht des Fahrzeugs zunimmt.“

Abgesehen von den schweren Batterien haben laut Experten auch Elektrofahrzeuge an Gewicht zugenommen, weil sie aus Sicherheitsgründen zu stark konstruiert sind.

„Niemand möchte ein Feuer haben, und niemand möchte ein Fahrzeug, das nicht unfallsicher ist“, sagte Detroiter Teardown- und Kosten-Guru Sandy Munro gegenüber Automotive News. „Es gibt Over-Engineering, und das geschieht, um sicherzustellen, dass Leben nicht in Gefahr sind, wenn etwas schief geht.“

Vor einem Jahrzehnt haben Autohersteller Milliarden von Dollar in die Reduzierung des Fahrzeuggewichts gesteckt, um die immer strengeren Kraftstoffverbrauchs- und Emissionsstandards einzuhalten.

Ford Motor Co. tätigte die größte Antriebsinvestition in seiner Geschichte, als es die EcoBoost-Reihe von Turbomotoren einführte, um Motoren mit größerem Hubraum zu ersetzen.

Auch viele andere Automobilhersteller verkleinerten und steigerten ihre Motoren. Sie begannen mit der Verwendung von Aluminium-Karosserieteilen und Strukturbauteilen aus Kohlefaser und Magnesium.

GM reduzierte das Gewicht, indem es eine Fertigungsstrategie mit gemischten Materialien einführte und in vielen seiner größten Fahrzeuge die leichtesten und stärksten Metalle an strategischen Stellen einsetzte. BMW und Toyota haben stark in Kohlefaser investiert. Und fast jeder Autohersteller nutzte den 3D-Druck, um Leichtbauteile zu entwerfen.

Aber es ist nicht nur das Gewicht des Elektrofahrzeug-Akkus, das die Kilos wieder in die Höhe treibt.

Auch die Hinzufügung fortschrittlicher Elektronik, die automatisierte Fahrfunktionen ermöglicht – Lidar, Radar, Kameras, Sensoren und die Computer, auf denen sie laufen – hat dazu beigetragen. Mehrere Bildschirme, zwei und drei Elektromotoren und Allradantrieb bringen ebenfalls zusätzliche Pfunde mit sich.

Damit bleibt den Autoherstellern nicht viel übrig, um das Leergewicht an der Karosserie oder am Antriebsstrang eines Fahrzeugs zu reduzieren, sagte Munro.

„Wenn man sich das Skateboard-Chassis ansieht und die Augen zusammenkneift, sieht es aus wie ein Body-on-Frame mit Zylinder“, sagte er. „Wir können nicht viel tun, um das Gewicht zu reduzieren, wenn man auf ein Skateboard umsteigt, das über eine gewisse strukturelle Stabilität verfügen muss, weil es die Last trägt.“

Die größte Möglichkeit, das Gewicht eines Elektrofahrzeugs zu reduzieren, liegt in seinen Batterien und in den Stahl- oder dicken Aluminiumgehäusen, in denen sie untergebracht sind.

Verbesserungen der Batteriechemie und der Verpackung des Gehäuses werden das Gewicht reduzieren, sagte Royston Jones, Chief Technology Officer bei Altair Engineering. Auch die Karosserie- oder Skelettstrukturen von Elektrofahrzeugen könnten seiner Meinung nach weniger wiegen.

Autohersteller werden Gewichtsreduzierungen vornehmen, sobald sie eine bessere Vorstellung davon haben, wie sich Elektrofahrzeuge bei realen Unfällen verhalten, und wenn sie untersuchen, wie Verbraucher sie nutzen, sagte Jones.

„Ich denke, es ist noch ein langer Weg bis zur Designoptimierung, bei der die gesamte Struktur berücksichtigt wird“, sagte er.

Mindestens ein Autohersteller hat diesen Prozess bereits eingeleitet. Die Oberseite des Batteriegehäuses ist auch die Bodenplatte, auf der bei einigen Konfigurationen des Tesla Model Y die Sitze montiert sind. Bei den meisten anderen Elektrofahrzeugen ist das Batteriegehäuse eine komplette Baugruppe unter der Bodenplatte.

Aber es sind die Batteriezellen selbst, auf die ein Großteil des Gewichts künftiger Elektrofahrzeuge entfallen könnte. In den meisten heutigen Elektrofahrzeugen sind die Zellen voneinander beabstandet, um die Brandgefahr zu verringern, falls eine Zelle überhitzt oder das Batteriegehäuse bei einem Unfall beschädigt wird. Wenn Autohersteller die Zellen sicher näher zusammenpacken könnten, könnten sie die Packung verkleinern und leichter machen, ohne an Reichweite einzubüßen.

„Wenn man aktuelle Batteriepakete öffnet, findet man eine Kiste in einer Kiste mit Zellen in der inneren Kiste“, sagte Abuelsamid. „Der Nachteil dieser modularen Architektur ist, dass viel Platz verschwendet wird.“

Eine Batteriechemie mit dem Potenzial, den verschwendeten Platz zu reduzieren, ist Lithiumeisenphosphat. Diese Zellen sind zwar nicht leichter als heutige Lithium-Ionen-Zellen, aber deutlich weniger anfällig für Brände durch Überhitzung und Abstürze. Lithiumeisenphosphat könnte große Veränderungen zur Gewichtseinsparung ermöglichen: Zellen könnten dichter gepackt werden, und Kühlsysteme könnten kleiner sein, wodurch die Gehäuse weniger wiegen könnten.

„Unser Next Energy, das Startup aus Novi, Michigan, entwickelt Lithium-Eisenphosphat-Zellen für Elektrofahrzeuge, die ohne Beeinträchtigung der Sicherheit in leichte Kohlefasergehäuse verpackt werden könnten“, sagte Sam Haberl, Vizepräsident für Automotive Business Development des Unternehmens. Auch die Zellen selbst könnten eine Rolle bei der strukturellen Steifigkeit spielen.

„Eine weitere Sache, die wir bei Our Next Energy entwickeln, ist die strukturelle Zell-zu-Packung, bei der die Zellen als komprimierte Waben verwendet werden, die die Festigkeit der Packung selbst erzeugen und den Bedarf an anderen Materialien minimieren“, sagte Haberl.

Das Unternehmen hat Verträge mit BMW und mehreren Herstellern kommerzieller Elektrofahrzeuge.

Die Bedeutung von Elektrofahrzeugen hat noch eine weitere Konsequenz. Höhere Gewichte von Elektrofahrzeugen führen zu steigenden Plakettenpreisen, weil Autohersteller beispielsweise mehr Rohstoffe für die größeren Reifen und größeren Bremsen verwenden.

Ned Curic, Chief Technology Officer von Stellantis, sagte gegenüber Automotive News Europe, dass die Situation „nicht gut für die Umwelt, nicht gut für die Ressourcen und nicht gut für die Effizienz“ sei.

„Es frustriert mich“, sagte er, „dass alle unsere Autos – für die gesamte Branche – einfach zu schwer sind. Die Kosten werden für die Mittelschicht unerschwinglich.“

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