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Projektsteckbrief

Verbundprojekt:

End-Of-Life Solutions für eCar-Batterien – Entwicklung hybrider Leistungsbündel und Informationssysteme zur Entscheidungsunterstützung (EOL-IS)
Programm: Dienstleistungsinnovationen für Elektromobilität
Koordinator: Dr. Sebastian Menne
P3 Energy and Storage GmbH
Am Kraftversorgungsturm 3, 52070 Aachen
Tel. +49 151 27654643
E-Mail: sebastian.menne@p3-group.com
Projektvolumina:
Projekt 1: 0,8 Mio. € (79% Förderanteil durch das BMBF)
Projekt 2: 1,1 Mio. € (82% Förderanteil durch das BMBF)
Projektlaufzeiten:
Projekt 1: 01.12.2013 - 31.03.2015
Projekt 2: 01.06.2015 - 30.04.2017
Förderkennzeichen:
Projekt 1: 01FE13022 - 01FE13025
Projekt 2: 02K12A041 - 02K12A042 (früher: 01FE13022E - 01FE13023E)

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Hintergrund
Eine unausgereifte Batterietechnologie wird weithin als das kritischste Hindernis für eine breite Diffusion der Elektromobilität in Deutschland betrachtet (Fraunhofer ISI 2012). Ein Kernargument hierfür sind die hohen Kosten von eCar-Batterien, die Elektrofahrzeuge gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren um bis zu ein Drittel teurer machen. Umgekehrt führen die noch niedrigen Stückzahlen von Elektrofahrzeugen dazu, dass Skaleneffekte bislang nur unzureichend realisiert werden können. Diese Systemblockade erschwert eine umfassende Diffusion der Elektromobilität.

Senkung der Total Cost of Ownership
Eine wesentliche Voraussetzung für die Diffusion der Elektromobilität ist daher die Senkung der Total Cost of Ownership (TCO) von eCar-Batterien. Dabei sind in allen Lebenszyklusphasen, von der Entwicklung bis zur Nachnutzung, Potenziale zur Kostensenkung zu identifizieren und zu nutzen. In der Nachnutzungsphase des Batterieersteinsatzes (nach dem sog. End-of-(First-)Life, EOL) gehen bestehende Konzepte nur selten über die gesetzlich vorgeschriebene Entsorgung hinaus (BMU 2011, 2012a-c). Jedoch ist nach dem Ersteinsatz i. d. R. mindestens eine Zweitverwendung von eCar-Batterien (Second-Life-Konzept) wirtschaftlich und kann in einem Sekundärmarkt zusätzliche Einzahlungen generieren. Dadurch kann die TCO von Elektrofahrzeugen erheblich gesenkt und die Systemblockade überwunden werden.

Second-Life-Konzepte: Ein Wachstumsmarkt
Die Bedeutung der Second-Life-Konzepte ist in den vergangenen Jahren stark gestiegen. Ausschlaggebend sind die hohen Kosten für die Rohstoffe und das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien und die noch verfügbaren Kapazitäten nach ihrer Erstverwendung (Abbildung 1). Das Lebensdauerende im Hauptanwendungsbereich der Lithium-Ionen-Zellen – der Elektromobilität – wird in der Regel bereits durch den Verlust von 20% der Ursprungskapazität definiert. Eine Weiterverwendung der Batterien ist jedoch besonders in stationären Anwendungen attraktiv, da die Energiedichte der Batterien im Rahmen einer lokaler Speicherung in diesen Anwendungsgebieten weniger ausschlaggebend ist als geringere Speicherkosten.

Abbildung 1: Batterie-Lebensdauer-Modell (P3 Ingenieurgesellschaft).

Aufgrund der zurzeit steigenden Anzahl von Elektrofahrzeugen kann bereits ab dem Jahr 2020 mit einem signifikanten Volumen an Batterien für Second-Life-Konzepte gerechnet werden. Vorhersagen zufolge werden bis zum Jahr 2030 in Europa 20 GWh Lithium-Ionen-Batterien für Second-Life-Konzepte verfügbar sein (Abbildung 2).

Abbildung 2: Marktentwicklung von Lithium-Ionen-Batterien (P3 Ingenieurgesellschaft).

Energiewende als Triebfeder der Nachnutzung von eCar-Batterien
Durch die Energiewende wird zudem der Bedarf an zentralen aber auch dezentralen Energiespeichern stark wachsen. Dem Nutzer von z. B. Photovoltaik-Anlagen bieten dezentrale Batteriespeicher die Möglichkeit, sich unabhängiger von Energieversorgungsunternehmen zu machen und zur Netzentlastung beizutragen. Die sinkende Förderung im Rahmen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) macht dezentrale Speichermöglichkeiten zudem finanziell attraktiv, so dass dieser Markt für die Zweitverwendung von Energiespeichern aus Elektrofahrzeugen interessant wird.

Technisches und ökonomisches Lösungsangebot zur Nachnutzung von eCar-Batterien
Ziel des Projektes EOL-IS ist es – ausgehend von den chemischen und technischen Eigenschaften von eCar-Batterien – Dienstleistungsinnovationen für die Phase nach dem EOL von eCar-Batterien zu entwickeln, das beste Second-Life-Konzept für jede einzelne Batterie zu finden und dieses mithilfe passgenauer hybrider Leistungsbündel umzusetzen. Dabei werden die physikalisch-chemischen Eigenschaften und die Nutzungshistorie der Batterie, der Zustand der Batterie und weitere betriebswirtschaftliche, ökologische und rechtliche Informationen integriert berücksichtigt. Aus wirtschaftlicher Sicht werden innovative Second-Life-Konzepte entwickelt und bewertet. Aus wissenschaftlicher Sicht werden Verfahren und Instrumente der Dienstleistungsforschung für das Handlungsfeld Elektromobilität weiterentwickelt.

Entscheidungsunterstützungssystem als zentraler Lösungsbeitrag
Zur Realisierung dieses Ziels wird ein Entscheidungsunterstützungssystem entwickelt, das eine optimale Weiterverwendungsstrategie für eine spezifische Batterie vorschlägt und ein geeignetes hybrides Leistungsbündel konfiguriert. Im Projekt EOL-IS werden ebenfalls fachkonzeptionelle Anforderungen für die Gestaltung von Batteriemanagementsystemen entwickelt, so dass diese die zur Entscheidungsfindung erforderlichen Daten während des Ersteinsatzes der Batterie überhaupt erst erheben können. Somit wird umfassend zur Einbindung von Batteriemanagementsystemen in die Weiterverwendungsentscheidung beigetragen.
Der Gesamtforschungsprozess im beantragten Projekt rekurriert auf das Paradigma der gestaltungsorientierten Forschung, das sich in den vergangenen Jahren als „Design Science Research“ nach Simon (1996), March und Smith (1995) und Hevner et al. (2004) für die Wirtschaftsinformatik herauskristallisiert hat.

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Referenzen

  1. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU 2012a): EcoBatRec. Demonstrationsanlage für ein kostenneutrales, ressourceneffizientes Processing ausgedienter Lithium-Ionen-Batterien der Elektromobilität, Internet: http://ecobatrec.de/index.html (abgerufen am 03.12.2012).

  2. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU 2012b): Recycling von Lithium-Ionen-Batterien. Abschlussbericht zum Verbundvorhaben, Internet: http://www.pt-elektromobilitaet.de/projekte/foerderprojekte-aus-dem-konj... (abgerufen am 03.12.2012).

  3. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU 2012c): LithoRec II. Recycling von Lithium-Ionen-Batterien, Internet: http://www.lithorec.de/index.php?id=30&L=0 (abgerufen am 03.12.2012).

  4. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU 2011): Lithium-Ionen-Batterierecycling Initiative. Entwicklung eines realisierbaren Recyclingkonzepts für die Hochleistungsbatterien zukünftiger Elektrofahrzeuge. Abschlussbericht zum Verbundvorhaben, Internet: http://www.pt-elektromobilitaet.de/projekte/foerderprojekte-aus-dem-konj... (abgerufen am 03.12.2012).

  5. Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI (2012): Roadmapping „Lithium-Ionen-Batterie LIB 2015“, Internet: http://www.isi.fraunhofer.de/isi-de/t/projekte/at-lib-2015-roadmapping.php (abgerufen am 03.12.2012).

  6. Hevner, A.R.; March, S.T.; Park, J.; Ram, S. (2004): Design Science in Information Systems Research. MIS Quarterly, 28, 1, S. 75–105. Simon

  7. March, S.T.; Smith, G.F. (1995): Design and Natural Science Research on Information Technology. Decision Support Systems, 15, 4, S. 179–212.

  8. Simon, H. (1996): The Science of the Artificial. 3rd Edition. MIT Press, Cambridge.


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